cours_automatisation_ des_P.ppt

8/17/2019 cours_automatisation_ des_P.ppt

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Chapitre 1

Rappels


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Chapitre 1 : Introduction àl’Automatique

Science et technique del ’automatisation qui étudient les

méthodes et les technologies propres à

la conception et à l’utilisation dessystèmes automatiques


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1.1 Les systèmes automatiques


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Pourquoi des systèmes automatiques ?

pas d'intervention de l'homme

réaliser des opérations trop complexes pourl'homme

(ex : ESP automobile)

substituer la machine l'homme dans dest!ches trop répétitives ou dénuées d'intér"t

(ex : boite de vitesse automatique)


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Les différents systèmes automatiques

ystèmes séquentielsl ’automatisation porte sur un nom!re fini d ’opérations

prédéterminées dans leur déroulemente" : machine à la#er$ ascenseur

ystèmes asser#is %!ouclés&Ré'ulations : l ’o!(ectif est de maintenir une 'randeur constante

mal'ré la présence de pertur!ationse" : chauffa'e domestique

Asser#issements : l ’o!(ectif est de faire sui#re une loi non fi"ée àl ’a#ance à une 'randeur physiquee" : radar$ poursuite d ’une tra(ectoire

Automates

Ré'ulateurs


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#$% Structure d&un système automatisé


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Exemple : conduite automobile étapes au onctionnement ininterrompu :

L’e"emple humain :

SystèmeMuscles

Perturbations

Cerveau Sens

Objectif

Réfle"ion Action )!ser#ation


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Point de départ

Pour concevoir un système asservi il aut :

dé inir la variable que l &on veut ma*triser

+variable de sortie variable ré,ler disposer d&une ,randeur sur laquelle on peut

a,ir et qui permette de aire évoluer la variable

qui nous intéresse+ variable d &entrée variable de ré,la,e


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*otion de système

VéhiculeAngle pédale accélérateur Vitesse

chéma fonctionnel

Systèmentrée SortieCause Efet

Procédé

PotentiomètrePositioncurseur

!ension


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-écessité d &une commande Principe

"our

#ébitde ga$

CarburateurAngle pédale !empérature

dans le four

Procédé

%randeurde réglage

%randeurréglée

ActionneurCommande

Grandeur à maîtriser

Exemple


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Les pertur!ations Principe . les perturbations sont des variables d &entrée que l &on

ne ma*trise pas

. elles sont représentées verticalement sur le schémaonctionnel

"our

#ébitde ga$

VanneCommandeélectri&ue

!empérature e'térieure( )))

!empératuredans le four

Exemple


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Commande en !oucle ou#erte

+rincipe , on conna-t la relation %le modèle& qui relie la

commande à la 'randeur ré'lée$ il suffit alors

d ’appliquer la commande correspondant à la sortiedésirée

Incon#énients , ne prend pas en compte les pertur!ations , quelquefois$ difficulté d ’o!tenir un modèle


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Commande en !oucle fermée

+rincipe

, on o!ser#e le comportement de la sortie et on a(uste la

commande en fonction de l ’o!(ectif souhaité

oyens complémentaires

, en plus de l ’actionneur$ il faut :

/ un capteur$ pour o!ser#er la #aria!le à ma-triser

/ un ré'ulateur$ pour a(uster la commande


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0n e"emple de commande en .2. . 2. : oucle 2ermée

Contre3réaction

"ourVanne

!empérature e'térieure( )))

*égulateur Capteur detempérature

Consigne


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/e correcteur P23/e correcteur P234 est le plus utilisé : . la commande u est une onction du si,nal d &erreur e écart entre la consi,ne et la mesure :

dans cette équation K T i et T d sont les coe icients ré,ler 4 : P : Proportionnel 2 : 2nté,ral 3 : 3érivé

dt d

T T K u d iε+ε+ε= ∫


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Structure d&un système asservi(ré,ulation)

Correcteur Actionneur Procédé Capteur

Mesure

Mesurande ActionCommandeConsigne

Perturbations

4

3

Régulateur

, Ré'ulation : la consi'ne est fi"e

, Asser#issement : la consi'ne #arie


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3omaines d&application très variés

Transport : 5utomobile (56S ESP 7ommon 8ail 369) 5éronautique 5érospatial Industrie : hermique production d&électricité papeteriechimie

Environnement : raitement de l&eau 2ncinération Santé : 5nesthési robotique médicale ima,eriemédicale ; Agriculture : ,uida,e


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7hapitre % :

Schémas onctionnels et =onctionde trans erts


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%$# Schémas onctionnels


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7onstitution du schéma onctionnel

/e schéma onctionnel permet de représenter unsystème en tenant compte des di érentesvariables et éléments qui le caractérise : . les variables sont représentées par des lèches . les éléments sont représentés par des rectan,les (bloc

onctionnel) 0 chaque bloc onctionnel est une onctionde trans ert (= ) entre une variable d &entrée et unevariable de sortie


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Exemple : variation de vitesse

couple résistant

commandedu hacheur

mesurede la #itessehacheur

moteur4char'e

'énératricetachymétrique

tensioninduit #itessear!re

Schéma onctionnel plus détaillé :

actionneur

procédé capteur


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Schéma onctionnel consiste en unereprésentation ,raphique des relations entréessorties

2ntér"t du schéma onctionnel

@ieux comprendre le onctionnement d &un

système l &interaction entre les di érents

éléments qui le composent

8eprésentation ,raphique préalable la

détermination des di érentes équations décrivant

le onctionnement du système


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%$% =onctions de trans ert


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=onction de trans ert

% types de variables ( lèches) externes :Si,nal d&entrée :Si,nal de sortie dont l &évolution dépend de l& entrée

Signal d,entrée Signal de sortie

Ve Vs5

[ ] ) p( V ) p( H ) p( V e s =


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La fonction de transfert

La fonction de transfert caractérise le système et

lui seul6énéralisation du concept d7impédancecomple"e Z(iω ) d’un circuit : p8 iω

[ ] ) p( V ) p( H ) p( V e s =

) p( H


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=orme ,énérale d &une onction detrans ert

3ans H(p), on peut actoriser a0 et b0 :

. n dési,ne l &ordre du système . K représente le ,ain statique . G(p) caractérise le ré,ime transitoire

&%1

1

&%

99

99

9

9

pG K p

bb

b

paa

a

pb

pa

p H nn

mm

n

j

j j

m

i

ii

=

++

++

==∑∑

=

=


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Soit un si,nal dépendant du temps

avec >n associe :

) p( Y p1dt )t ( y

) p( pY dt dy

) p( Y )t ( y

∫ →

→ →

)t ( y

dt dy

)t ( y =′

7onventions d&écriture


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8emarque :

) p( Y p1dt )t ( y

) p( Y p ) p( pG )t ( ' ' y

) p( pG' g

)t ( ' ' y )t ( ' g

) p( pY ' y

)t ( ' y )t ( g

2

∫ → = →

→

=

→

=


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Exemple #: circuit 8/

Equation di érentielle :

p R L R Lp R pU

p I p H

+

=

+

==1

111

&%

&%&%

*

-u.t/ i.t/

9&9%:&%&% =+= idt di Lt Rit u

LpI RI

I Li RI U

+=

ω+=/oi d&>hm (impédancecomplexe) :

=onction de trans ert :


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Exemple %: 8éservoir

*éservoir

Analogie avec l ,e'emple précedent

S 1 section

&e.t/ débit entrant

2iveau

#ébit d ,entrée &e.t/ 2iveau h.t/


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Association série et parallèle

Sé rie :

3 4 .p/e(t) y(t)3 5 .p/ 3 4 .p/ 3 5 .p/e(t) y(t)

3 4 .p/ 6 3 5 .p/e(t) y(t)

3 4 .p/

e(t) y(t)

3 5 .p/6

6

+arallèle :


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2actorisation

3.p/

6

6

3.p/

e 1 (t)

e 2 (t)

s(t)

6

6e 1 (t)

e 2 (t)

s(t )

3.p/


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+rincipe de superposition– Quand un syst è me a plusieurs entr é es (commande et perturbations) pour calculer la FT

entre une entr é e particuli è re et la sortie, on suppose que les autres entr é es sont nulles– Ex :

3 4 .p/66

3 5 .p/

e 1 (t)

e 2 (t)

s(t)3 7 .p/

&%&%&%&%

;11

p H p H p p! ×=

&%&%&%&%

;<<

p H p H p

p! ×=


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ystème à retour unitaire

– Cas d ’une r é gulation o ù K G(p) repr é sente l ’ensemble{correcteur + actionneur + proc é dé + capteur} :

e(t) y(t)8%.p/

9

6

Consigne Mesure


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ystème à retour non unitaire

– Cas pr é cé dent avec un correcteur en plus dans la bouclede retour :

e(t) y(t)8%.p/

9

6Consigne Mesure

".p/


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Chapitre ;

ystème de sym!olisation et les instruments

de contr=le


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1. Schémas de représentation1.1 Schéma TI3 0n schéma tuyauterie et instrumentation% "iping and inst#umentati$n diag#am +>I?& estun dia'ramme qui définit tous les éléments d7un

procédé chimique.3Il est le schéma le plus précis et le plus completutilisé par les in'énieurs3chimistes pour la

description d7un procédé.


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3 Il se distin'ue du schéma de procédé par l7a(out deséléments de contr=le$ les armatures$ les détails sur

l7isolation et la protection des installations et la position coordonnées des installations les unes parrapport au" autres.3 Les installations ainsi que les #annes et les élémentsde contr=le sont décrits par des sym!oles.

3 La norme NF E 0 -!0" définit la représentationsym!olique des ré'ulations$ mesures et automatisme des

processus industriels.


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!.1. #uel$ues %ettres pour le schéma TI


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@"emple 1

Schéma TI - Représentation de l&instrumentation


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@"emple <


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@"emple ;chéma I d’une ré'ulation de ni#eau dans le !allon


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;. ym!olisation fonctionnelle

3 @lle s’effectue des deu" faBons:;.1. Appareil par appareil: schéma

;.


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. ym!oles d’intstrumentation3 Duelques e"emple


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Le 'roupe de chiffre associé


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Le roupe de chiffre associéAu" sym!oles 'raphiques sont associés des 'roupes delettres et de chiffres qui #ont permettre au" techniciensde définir immédiatement :1& L’unité$ la li'ne$ l’atelier$ etcE dans lesquels les

instruments sont installés.


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@n rè'le 'énérale nous trou#erons :

@"emple: déterminer les éléments et le type des liaisonsutilisé


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utilisé


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Il s’a'it d’une ré'ulation de ni#eaudans le !allon


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Régulation de rapport ' Régulation de proportion


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g ppRatio (ontrol &

Cette ré'ulation consiste à asser#ir un dé!it #a à un autre dé!it appelé li!reou pilote #l .Rapport ) * randeur asser,ie #a randeur li re #lCe rapport ) $ dépend des impératifs de la fa!rication

Exemple !

Ré'la'e manuel du rapport air F com!usti!le d’un four à partir de l’analyse


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Ré la e manuel du rapport air F com!usti!le d un four à partir de l analysede com!ustion.

i la !oucle asser#ie % F( & est correctement ré'lée$ on


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(o!tient :

/ * ( donc #a * (Le si'nal C est donné par la sortie du relais F a#ec :( * ).E

et comme E représente le dé!it li!re #c $ on o!tient :#a * ).#c

Régulation priori ' /i2te 3


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Autres appellations :

3 Ré'ulation en !oucle ou#erte3 Ré'ulation prédicti#e3 2eedforGard control

C’est une ré'ulation qui associe une !oucle fermée àune !oucle ou#erte.La !oucle ou#erte se (ustifie si la 'randeur

pertur!atrice su!it des #ariations !rutaleset importantes

-a boucle ouverte se justi+esi la grandeur perturbatrice


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g p.:c/ subit desvariations brutales etimportantes)La boucle ouverte estconstituée d’un proportionneurFY1 qui reçoit la mesure de lagrandeur perturbatrice Qc. La

sortie de FY1 agit parl’intermédiaire du sommateurFY2 et de la commandemanuelle HI 1 sur l’organe deréglage.La commande auto!manu HI 1sert pour la conduite en manueldu "our# dans le cas o$ lesommateur ne poss%de pasd’acc%s manuel.


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e"p


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