Instrumentation et régulation

Instrumentation et Régulation − Normes et Applications Page 1/70

Cours de DU CIIUniversité du Havre, Mai 2012.

Instrumentation et Régulation:Normes, théorie et applications

Université du Havre, IUT du Havre, Département GEII(1) Laboratoire Ondes et Milieux Complexes (LOMC) , UMR 6294 CNRS

(2) Groupe de Recherche en Electrotechnique et Automatique d u Havre (GREAH) , UPRES EA 3220

Pierre Maréchal(1), François Guérin(2)


Plan

I) Introduction♦ Contrôle des procédés♦ Grandeurs physiques♦ Métrologie

II) Capteur♦ Type de capteur: passif, actif, intégré♦ Caractéristiques♦ Transmetteur

III) Normes♦ Schéma fonctionnel♦ Fonction de transfert♦ Norme NF E 04-203♦ Schéma PCF♦ Schéma TI

IV) Régulation♦ Instrumentation♦ Contrôle♦ Correction

Instrumentation et Régulation


Plan







ActionRéflexion

Observation

Progression/ Résultats

Procédé/ Mesures

Objectifs / Moyens

Contrôleindustriel

I) Introduction

Contrôle industriel

Procédé et processus de "contrôle et régulation":


♦ Le système de référence mks repose sur sept unités imposées, toutes les autres étant déduites de celles-ci:

I) Introduction

Système international d'unités mks

Grandeurs et unités: Système de référence:

Grandeur physiqueLongueur

MasseTemps

Courant électriqueTempérature

Quantité de matièreIntensité lumineuse

Unitémètre

kilogrammesecondeampèrekelvinmole

candela

SymbolemkgsAK

molcd

DimensionLMTIΘ

NJ

http://www.bipm.org/utils/common/pdf/si_brochure_8_fr.pdf

♦ Exercice:1) Déterminer l'unité SI d'une force: ……………………………………………….2) Déterminer l'unité SI d'une pression: ………………………………………….


♦ Le système de référence mks repose sur sept unités imposées, toutes les autres étant déduites de celles-ci:

I) Introduction




♦ Etalonnage :Mesurer, c’est comparer sa mesure par rapport à celle donnée par

un appareil de référence.

I) Introduction



♦ Sachant qu’une once vaut 28,35 g, qu'une livre anglaise vaut 453,6 g, qu’un pouce (inch) vaut 2,54 mm, qu'un pied vaut 30,48 cm, qu'un mile vaut 1,609 km, qu'un cheval vapeur vaut 746 W et qu’un gallon (USA) vaut 3,785 L, compléter le tableau suivant.

NomGallon (USA) per min

Inch of waterPound-force per square inch

90 cv

Grandeur…………pression……………………

Conversioncm3/s

PaPa

…………

Dimension…………………………………………

SymboleGal(USA)/min

inH2Olbf/in2

………………


♦ Mesurande :La grandeur physique objet de la mesure (température, pression...)

est désignée comme le mesurande. L’ensemble des opérations expérimentales qui concourent à la connaissance de la valeur numérique du mesurande constitue son mesurage.

I) Introduction

Métrologie

Chaîne de mesurage: Définitions:

♦ Chaîne de mesurage :La chaîne de mesurage est constituée de l’ensemble des dispositifs,

y compris le capteur, rendant possible dans les meilleures conditions la détermination précise de la valeur du mesurande.C’est l’étalonnage de la chaîne de mesurage dans son ensemble qui permet d’attribuer à chaque indication en sortie la valeur correspondante du mesurande agissant à l’entrée.♦ Exemple:

Thermocouple VoltmètreT (°C) U (V) Mesure


♦ Température :Dans la notice d’un multimètre de haute précision, il est recommandé

de ne commencer les mesures qu’après un temps de stabilisation en température de tous ses circuits électroniques. Lorsque ce temps n’est pas respecté, il peut conduire à une ou plusieurs valeurs aberrantes, notamment en début d’étalonnage. L’appareil étalonnépeut alors être déclaré non conforme à ces caractéristiques métrologiques, alors qu’il est conforme !

I) Introduction

Métrologie

Chaîne de mesurage: Perturbations:

♦ Temps de r éponse :Dans le cas d'une perturbation en température, la mesure peut être

ou compensée, ou effectuée à température de fonctionnement.

♦ Exemple:T (°C)

t (s)

Te (°C)

Ts (°C)


Plan







♦ Définition:Un capteur est un organe de prélèvement d'information qui élabore à

partir d'une grandeur physique, une autre grandeur physique de nature différente (très souvent électrique). Cette grandeur représentative de la grandeur prélevée est utilisable à des fins de mesure ou de commande.

♦ Types de capteurs:Un capteur peut être passif, actif, composite ou encore intégré.

II) Capteurs

1) Définitions

Structure de type "Capteur et Transmetteur":


Température →→→→ Caractéristiques électriques, mécaniques et dimensi onnelles enceinte thermostatée

Pression, accélération →→→→ Déformations enveloppe rigide, supports antivibratoires

Humidité →→→→ Constante diélectrique, résistivité (isolation élect rique ↓↓↓↓) enceinte étanche

Champs magnétiques variables ou statiques →→→→ f.e.m. induites pour les premierset augmentation de la résistivité pour les seconds ( matériau magnéto-résistant)

blindages magnétiques, liaison à la terreTension d’alimentation (amplitude, fréquence) →→→→ Caractéristiques électriques

alimentation régulée

1) Définitions: Grandeurs d’influence

e s

Variable physique

Variable signal

Grandeurs d’influence

Capteur

Déduire ede smalgré gi : Réduire l’importance: isolation, blindage… Stabiliser: enceintes, régulation… Compenser: pont de Wheatstone.

♦ Définition:Grandeurs physiques susceptibles d’entraîner un changement du

signal de sortie. On cherche donc à minimiser leurs effets.

II) Capteurs

s = f(e) → s= f(e, g1, g2, …)Idéal: →→→→ Réel:


• Capteur passif:Il est en général associés à une source d ’alimentation et présentent une impédance variable :

ex: Jauge de contrainte (capteur d ’accélération),Capteurs résistifs (photorésistance),Capacitifs (mesures de déplacement).

• Capteur actif:Système dont la sortie présente une source f.e.m., courant, charge.

ex : Capteur piezo-électrique échographie,Variation de charges,Génératrice tachimétrique (induction E.M.).

1) Définitions:

II) Capteurs


Mesurande Effet utilisé Grandeur de sortie

Température Thermoélectricité Tension

Flux de rayonne-ment optique

PyroélectricitéPhotoémissionEffet photovoltaïque

ChargeCourantTension

ForcePressionAccélération

Piézoélectricité Charge

VitesseInductionélectromagnétique Tension

Position Effet Hall Tension

1) Définitions: Capteur actif

Tableau de synthèse

II) Capteurs


Mesurande Caractéristiqueélectrique sensible

Matériaux

Température

Très basse température

Résistivité

Cste diélectrique

Métaux, semiconducteurs

VerreFlux de rayonnementoptique Résistivité Semi conducteur

Déformation RésistivitéPerméabilité électrique

Alliage de Ni, SI dopéAlliages ferromagnétiques

Position (aimant) RésistivitéMatériaux magnéto-résistants : bismuth, …

Niveau Cste diélectrique Liquides isolants

HumiditéRésistivitéCste diélectrique

Chlorure de lithiumPolymères

1) Définitions: Capteur passif

DéfinitionImpédance dont l’un des paramètres déterminants est sensible au mesurande.

Tableau de synthèse

II) Capteurs


♦ Constitution:Un capteur est le premier élément de la chaîne de mesurage.

Lorsque le capteur est constitué de plusieurs éléments, le corps d’épreuve est celui en contact direct avec le mesurande .

Il génère une grandeur physique intermédiaire (déplacement, déformation, force…) traduite en une grandeur électrique (tension, capacité, induction…) par le transducteur.

II) Capteurs

1) Définitions

Structure du Capteur:

Corpsd'épreuve

TransducteurMesurande

Grandeurphysique

intermédiaire

Grandeur électrique

CapteurMesurande

Grandeur électrique


♦ Définition:D’après la norme NF C 46-303, un transmetteur est un appareil qui,

recevant une vraie variable mesurée, produit un signal de sortie normalisépouvant être transmis et ayant une relation continue et définie avec la valeur de la variable mesurée.♦ Constitution:

Pour élaborer un signal normalisé à partir du signal généré par le capteur, le transmetteur comprend globalement un amplificateur , un filtre , et un traitement du signal .

II) Capteurs

1) Définitions


Capteur-transmetteur de pression

Corpsd'épreuve

TransducteurD

AmplificateurTraitementdu signal

E3

Filtre

Alimentation Alimentation

E2E1P I

Capteur Transmetteur


Capteur : Organe chargé de prélever une grandeur physique à mesurer et de la transformer en une grandeur exploitable.

CapteurMesurande

e s

Processusphysique

Affichage

Variablephysique

Variablesignal

Mesure

s = f(e)Lois physiquesrégissant le capteur

Mesure de s Connaissance de e

La grandeur physique à mesurer , souvent appelée mesurande , n'est en général pas directement utilisable. Elle constitue la variable d'entrée (ou stimulus) du capteur.

2) Caractéristiques: Mesurande

II) Capteurs


e(t)

ts(t)

t

Capteur

e(t)

s(t)

Courbe d’étalonnage ou calibration d ’un capteur

e

s

→ Inconnu

→ Connu

ee2e1

s2

s1

ei

si

s

Etablissement ⇒⇒⇒⇒ étalons de m Exploitation

2) Caractéristiques: Etalonnage

Correspondance entre s(t) et e(t): fonction de transfert

II) Capteurs


Etalonnage Validité d’un étalonnage:

s

e

s = f(e)La répétabilité est la qualité du capteur qui assure l’utilisateur de l’identité de la grandeur de sortie dans des limites spécifiées, chaque fois que ce même capteur est utilisé dans des conditions identiques: même mesurande et mêmes paramètres additionnels.

L’interchangeabilité d’une série de capteur d’un même type est la qualité de cette série qui garantie à l’utilisateur des résultats identiques, aux tolérance près, chaque fois qu’un quelconque capteur de cette série est utilisé dans des conditions identiques. l’interchangeabilité résulte de la rigueur des procédés de fabrication et des contrôle en fin de fabrication.

2) Caractéristiques: Etalonnage

II) Capteurs


Sensibilité d’un capteur

ee0

s

∆e

∆s

- réponse linéaire pour e< e0

- sensibilité: ds sS

de e

∆= =∆

Domaine de mesure

du capteur

Contrainte: constance de la sensibilité

dépend de:

- la valeur de e (linéarité)- la fréquence de variation de e (bande passante)- temps (vieillissement)- grandeurs physiques parasites (grandeurs d’influenc e)

2) Caractéristiques: Sensibilité

Domaine de saturationdu capteur

dsS

de=

0ds

Sde

= →- réponse faible pour e> e0

- sensibilité:

II) Capteurs


2) Caractéristiques: Définitions

II) Capteurs

T (°C)−200−10….70

260340530610800

R (Ω)18,5396,07

….127,07197,7226,18290,87316,86375,61

♦ Application:1) Déterminer la sensibilité de la sonde sur chaque tronçon.2) La sensibilité est-elle linéaire ?

Sensibilité d'une sonde Pt100:

S( )………………………………………………………………………………………………


Grandeur à mesurer

Grandeur d’influence

Domaine Nominal d’Utilisation

Etendue de Mesure (EM)

DNU : Répétabilité sans que les caractéristiques du capteur soient altérées

2) Caractéristiques métrologiques

II) Capteurs


Grandeur à mesurer


Domaine de Non Détérioration

DNDétérioration : plage de surcharge que le capteur peut supporter




II) Capteurs


Domaine de Non Destruction

DNDestruction : les caractéristiques sont irréversiblement altérées >étalonnage

Grandeur à mesurer


Domaine de Non Détérioration




II) Capteurs


• Erreur de mesure: Ecart entre valeur mesurée et valeur vraie:- Erreur systématique (corrigée ou non),- Incertitude de mesure (estimée).

• Erreurs systématiques (causes systématiques que l’on peut calculer et éventuellement corriger): - de zéro, d’étalonnage,- provoquées par les grandeurs d’influence,- dues aux sources d ’alimentation, dérives, offset,- de linéarité.

• Incertitudes (causes accidentelles non répétitives non corrigibles) liées: - indéterminations intrinsèques au système (hystérésis),- signaux parasites (nature aléatoire),- grandeurs d’influence non contrôlées.

2) Caractéristiques: Erreurs et incertitudes

II) Capteurs


• Fidélité: Aptitude d ’un instrument à donner des indications exemptes d ’erreurs systématiques (faible écart-type).

• Justesse: Aptitude d ’un instrument à donner des indications exemptes d ’erreurs systématiques.

Pas juste Juste

Pas fidèle

Fidèle

Le centre représente la valeur vraie

2) Caractéristiques: Fidélité, justesse et exactitu de

• Exactitude: Un système exact est juste et fidèle.

II) Capteurs


♦ Exemple:Capteur-transmetteur de température à entrée thermocouple

type K de 500 °C à 900 °C, et sortie courant 4-20 mA . Ce capteur n’estpas linéaire, et c’est le transmetteur qui rend la relation linéaire:

I = 0,04 ×T − 16.

II) Capteurs

3) Transmetteur


Capteur-transmetteur de température

U (mV)

T (°C)

500 900

17,6

43,2

I (mA)

U (mV)

17,6 43,2

4

20

I (mA)

T (°C) 4

20

500 900

Capteur Transmetteur Capteur-Transmetteur


♦ Transmetteur universel : intégré ou déportéLe capteur est fixé sur le procédé et il délivre un signal de mesure de faible

intensité, qui ne peut être transmis sur de grandes longueurs. Le transmetteur universel, est soit intégré dans le boîtier du capteur, soit déporté et monté sur rail dans un coffret d’instrumentation distant.

II) Capteurs

3) Transmetteur


♦ Les transmetteurs actuels s’adaptent à un très grand nombre de capteurs industriels par configuration numérique. Elle permet notamment le réglage de la nature de l’entrée et de son étendue, du temps de réponse souhaité, de la linéarisation éventuelle, et de la nature de la sortie et de son étendue. Ils peuvent être de type universel ou bien spécifique à un capteur comme pour les thermocouples ou les sondes RTD.

Transmetteur intégré Transmetteur déporté


♦ Signaux universels:– Un capteur délivre un signal de faible intensité désigné par l’appellation

« signal bas niveau ». Pour l’étendue de mesure du capteur, les signaux «bas niveau » sont : potentiomètrique, thermocouple, RTD (ResistorThermometer Detector), tension (exemples : – 20 mV à + 20 mV, 0 à 100 mV), ou courant.

– Un transmetteur délivre un signal appelé « signal haut niveau » puisque son énergie permet la transmission de la mesure à une grande distance (plusieurs centaines de mètres) du point de mesure. Ces signaux « haut niveau » sont : 0-5 V, 1-5 V, 0-10 V, 0-20 mA et 4-20 mA.♦ Malgré un signal « bas niveau », un capteur peut être relié à l’entrée de mesure d’un dispositif de contrôle tel qu’un automate programmable industriel (API) ou un régulateur.Dans ce cas, la carte d’entrée se substitue au transmetteur absent et réalise par exemple l’amplification et le traitement de linéarisation du signal délivrépar un thermocouple.

II) Capteurs


3) Transmetteur


♦ Le standard 4-20 mA :Les avantages du signal analogique en courant 4-20 mA:

– il n’est pas affecté par les chutes ohmiques de tension;– les tensions parasites ne l’influencent pas, grâce à l’impédance interne

du générateur de courant en série dans la boucle;– il autorise la transmission de la mesure sur une longue distance (>1 km);– il possède une bonne immunité aux parasites de type magnétique;– il est économique, puisque deux fils par instrument suffisent pour

l’alimentation en tension et la transmission de la mesure;– la valeur 4 mA permet de différentier le zéro de mesure de la rupture de

la transmission, et d’alimenter le transmetteur dans le cas d’un « 2 fils »;– il admet la superposition d’un signal de communication HART.

♦ En instrumentation industrielle, le signal 4-20 mA est maintenant un standard, et tous les fabricants d’instruments proposent ce signal.

II) Capteurs


3) Transmetteur


II) Capteurs


Transmetteur 2 fils Transmetteur 3 fils Transmetteur 4 fils

♦ Raccordement électrique d'un transmetteur:– Les transmetteurs 2 fils (dits passifs) ne sont pas alimentés en direct. – Les transmetteurs 3 fils sont des transmetteur 4 fils, avec les entrées

moins reliées.– Les transmetteurs 4 fils (dits actifs) sont alimentés et fournissent le

courant I. Leur schéma de câblage est identique à celui des régulateurs.

♦ Alimentation électrique:Elle est directement liée et dépend de la résistance interne vue par la

sortie du transmetteur.

3) Transmetteur


II) Capteurs


Transmetteur 2 fils Transmetteur 3 fils Transmetteur 4 fils

♦ Raccordement électrique d'un transmetteur:Le raccordement électrique d’un transmetteur au dispositif d’exploitation

de la mesure, dépend de la nature du signal de mesure et de son alimentation. Il existe des transmetteurs à "2 fils", "3 fils" ou "4 fils".

La résistance de charge Rc correspond à la résistance comprenant celle du ou des récepteurs (API, régulateur, indicateur ou bien centrale d’acquisition) et de la ligne de transmission.

♦ Standard "2fils":En instrumentation industrielle, par économie et souci de standardisation,

les transmetteurs à "2 fils" en signal 4-20 mA sont les plus répandus.

3) Transmetteur


II) Capteurs

Caractéristiques métrologiques des instruments de mesure:♦ Étendue d’échelle:

L’échelle de mesure (EIS=[INF; SUP] ) est donnée par les limites inférieure (INF) et supérieure (SUP) de mesure de l’instrument.

L’étendue d’échelle (EE) est la différence algébrique entre les valeurs extrêmes du mesurande qui peuvent être appliquées àl’instrument, et pour laquelle les caractéristiques métrologiques sont garanties.

♦ Exercice: Déterminer les échelle de mesure et étendues d’échelle :1) Débitmètre : de 1 à 10 m3.h–1.

EIS = [………; ...……] et EE = ……….2) Sonde de température : de –100 à +300°C.

EIS = [………; ...……] et EE = ……….3) Transmetteur de pression différentielle : de –20 à +40 hPa.

EIS = [………; ...……] et EE = ……….

3) Transmetteur


♦ Configuration:Un transmetteur est un élément permettant de configurer la

plage de mesure et de compenser les éventuelles non-linéaritésdu capteur.♦ Équation de correspondance du transmetteur :

Caractéristique de sortie (Y) en fonction de celle d'entrée (X):

II) Capteurs


Valeur maximale mesurable: MAXValeur minimale mesurable: MINÉtendue de mesure: EM = MAX-MINValeur du zéro: VZ = MINDécalage négatif si: EM < MAXDécalage positif si: EM > MAXÉquation de correspondance:

Pente a et ordonnée à l'origine:

a = …………………. b = ……………………

3) Transmetteur

.( )MAX MIN MIN

X VZY Y Y Y

EM

−= − +

Y

X

0 MIN MAX

YMIN

YMAX


♦ Exemple:Caractéristiques obtenues par deux réglages d’un transmetteur

de température d’échelle –100 °C à 300 °C délivrant un signal de mesure normalisé 4-20 mA proportionnel à la température.

II) Capteurs


Étendue d'échelle: EE = …. °CValeur maximale mesurable: MAX = …. °CValeur minimale mesurable: MIN = …. °CÉtendue de mesure: EM = …. °CValeur du zéro: VZ = …. °CDécalage ……….. car : EM (…) …… MAX (...)Équation de correspondance:…………………………………………………………......………………………………………………....................………………………………………………....................………………………………………………....................………………………………………………....................………………………………………………....................

3) Transmetteur

I (mA)

T (°C)

0 20 80

4

20


♦ Exercice:Caractéristiques obtenues par deux réglages d’un transmetteur

de température d’échelle –100 °C à 300 °C délivrant un signal de mesure normalisé 4-20 mA proportionnel à la température.

II) Capteurs


3) Transmetteur

I (mA)

T (°C)

0−30 90

4

20

Étendue d'échelle: EE = …. °CValeur maximale mesurable: MAX = …. °CValeur minimale mesurable: MIN = …. °CÉtendue de mesure: EM = …. °CValeur du zéro: VZ = …. °CDécalage ……….. car : EM (…) …… MAX (...)Équation de correspondance:…………………………………………………………......………………………………………………....................………………………………………………....................………………………………………………....................………………………………………………....................………………………………………………....................


Sonde de température PT100 Transmetteur

II) Capteurs

3) Transmetteur: Chaîne de mesure

Structure de type "Capteur et Transmetteur": Exemple:


II) Capteurs

3) Transmetteur: Réseau bus de terrain

Structure de type "Capteur et Transmetteur":♦ Signal de communication HART:

Le protocole HART (Highway Addressable Remote Transducer) permet la communication simultanée de données analogiques et numériques. Ce protocole de communication de type série est spécifique au contrôle industriel et compatible avec les boucles de courant analogique 4-20 mA.Le protocole est basé sur une modulation FSK (Frequency Shift Key):f = 1,2 kHz pour l’état logique 1, et f = 2,2 kHz pour l’état logique 0.

Raccordement d‘un transmetteur à protocole HART


II) Capteurs

Structure de type "Capteur et Transmetteur":♦ Bus de terrain :

Le principe d’un bus de terrain est de relier tous les transmetteurs, actionneurs et dispositifs de contrôle, d’un secteur industriel en un réseau oùtous les instruments communiquent les uns avec les autres.

– Fieldbus Fondation FF-H1,– Profibus PA,– FIP WorldFip.

Ils sont reconnus par la norme internationale IEC 61158-2. La liaison unique sert au dialogue, à la configuration, et à l’alimentation.La structure en réseau permet la liaisonde 32 instruments par bus linéaire. Bus de terrain FF-H1

3) Transmetteur: Réseau bus de terrain


Plan







III) Normes

1) Représentations normalisées

Représentation libre et personnelle d'un procédé industriel: Exemple d’application: Echangeur thermique


III) Normes


Représentation d'un procédé industriel: Schéma fonctionnel: Exemple général

(W)(Y)

(X)

Régulation: Réponse Y = f(W-X).

+ - A

B

(E) (S)(E')

Fonction de transfert:

………………………………………………………………………………


III) Normes


Norme Française NF E 04-203 (août 1987): Contexte international:

♦ "Fonction de régulation, de mesure et d'automatisme des processus industriels: Représentation symbolique ".

♦ Elle a des correspondances internationales (ISO 3511/1-1977), allemande (DIN 19227 blatt 1-1973), ou encore américaine (ISA-S5.1-1984) traitant du même sujet.

♦ Elle est articulée en quatre parties :• E 04-203-1 : Principes de base,• E 04-203-2 : Capteurs, signaux, dispositifs réglants,• E 04-203-3 : Transducteurs et dispositifs de traitement

des signaux,• E 04-203-4 : Symboles détaillés complémentaires pour

les schémas d’interconnexion d’instruments.


III) Normes


Norme Française NF E 04-203 (août 1987): Objet et domaine d’application:

♦ La présente norme expérimentale présente la symbolisation des dispositifs de traitement des signaux émis par un capteur ou reçus par un organe de réglage.♦ Elle comporte des symboles destinés à la communication des fonctions de mesure, de régulation et d’automatisme entre spécialistes des instruments et autres techniciens impliqués dans la conception (réservoirs, conduites, machines tournantes...) de leur disposition et de leur mise en oeuvre.♦ Les symboles sont utilisés pour la représentation de l’instrumentation sur les schémas suivants :– plan de circulation des fluides (PCF)

Process Flow Sheet (PFS),– plan de tuyauterie et d’instrumentation (TI)

Piping and Instrument Diagram (PID)


III) Normes



♦ Le Plan de Circulation des Fluides (PCF) est un schéma de représentation symbolique avec:– les cuves, les réacteurs chimiques, les échangeurs thermiques ;– les conduites, représentées par un trait continu épais ;– la nature, gaz ou liquide, et le sens d’écoulement des fluides ;– les organes de puissance:

pompes, agitateurs, résistances de chauffage ;– l’indication des grandeurs physiques utiles:

débit, pression, température...

♦ Le PCF peut aussi faire apparaître les boucles de régulationsans préciser le détail des instruments ou des stratégies de régulation complexes.


III) Normes


Norme Française NF E 04-203 (août 1987): Exemple d’application: Echangeur thermique

PCF brut PCF avec régulations incluses


III) Normes



♦ Le plan de Tuyauterie et d'Instrumentation (TI) complète le plan de circulation des fluides en lui ajoutant :– les appareils de mesure ; capteurs, transmetteurs, indicateurs ;– les appareils de contrôle ; régulateurs et opérateurs de calcul ;– les actionneurs comme les vannes de réglage ;– les liaisons d’information entre ces appareils.

♦ Le TI fait apparaître toutes les boucles de régulation en précisant le détail des instruments et des liaisons de régulation.


III) Normes


Norme Française NF E 04-203 (août 1987): Exemple d’application: Echangeur thermique

TI [avec boucles de régulations]


III) Normes

Norme Française NF E 04-203: Exemple: Régulation de température d'un échangeur thermique.

2) Schéma TI


III) Normes

Norme Française NF E 04-203: Éléments de normalisation.

2) Schéma TI


III) Normes

TCV

SCV

PCV

LCVKCV

HCV

Norme Française NF E 04-203: Catalogue:

2) Schéma TI


III) Normes

Norme Française NF E 04-203: Application:

2) Schéma TI


Plan







IV) Régulation

Boucle Ouverte (BO): (Open Loop Control): Processus de Commande:

Contrôle de Commande Automatique

♦ Pas de mesure de la grandeur de sortie et absence de correction.

Exemples:…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ………… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ………… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ………… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ………… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ………… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ………… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ………… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……


IV) Régulation

♦ Mesure de la grandeur de sortie (capteur) et correction de l'action pour que la sortie ait le comportement souhaité…♦ Asservissement : Sortie fidèle à l’entrée de consigne (poursuite).♦ Régulation : Pour une entrée de consigne donnée, on souhaite que la sortie reste insensible aux perturbations.

Exemples:…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ………… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ………… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……

Boucle Fermée (BF): (Closed Loop Control): Processus de Commande:



IV) Régulation


Application: Régulation de niveau d'eau:

Schéma fonctionnel:


IV) Régulation

Type de Régulation

Asservissement : Rejet des perturbations pouvant affecter la mesure.

Poursuite : Suivi de trajectoire imposée à une mesure.

Continue : La commande peut prendre toutes les valeurs possibles.

Discontinue : Tout ou rien (TOR):

• la commande ne peut prendre que deux valeurs. Modulée (discrète):

• la commande prend des créneaux de largeur variable.

C

t (s) Cmin

Cmax


IV) Régulation

Type de Régulation

En cascade : Imbrication d'un régulateur "esclave" dont la consigne est la

sortie d'un régulateur "maître".


IV) Régulation

Type de Régulation

Prédictive : Compensation de perturbation principale.


IV) Régulation

Type de Régulation

Auto-adaptative : Calcul et application d'un modèle de processus en temps réel.


Etendue de mesure (range), décalage du zéro (offset), temps de réponse (timeresponse), sensibilité (sensitivity)…

II) Capteurs

Chaîne de mesure

Performance d'une chaîne de mesure: Caractéristiques:


IV) Régulation

Structure d'un régulateur industriel

Type de Commande: Régulation: Consigne, Mesure, Commande:

♦ Commande "Tout Ou Rien" (TOR)

♦ Commande "Proportionnelle / Intégrale / Dérivée" (PID)


IV) Régulation

Performance d'un régulateur industriel

Performance d'une Commande: Dépassement, erreur statique…


IV) Régulation

Performance d'un régulateur industriel

Performance d'une Commande: Temps de réponse, amortissement…


Régulateur TOR

IV) Régulation

Régulation "Tout Ou Rien" (TOR)

Régulation TOR: Réponse Y = f(W-X) à hystérésis:

Capteur


IV) Régulation

Régulation "Tout Ou Rien" (TOR)

Régulation TOR: Réponse Y = f(W-X) à hystérésis:


IV) Régulation

Régulation "Proportionnelle / Intégrale / Dérivée" (PID)

Régulation PID: Structures possibles:


Références

Quelques ouvrages pour approfondir

[1] "Instrumentation et régulation en 30 Fiches", P atrick Prouvost,Edition Dunod.

[2] "La métrologie en PME-PMI", Michel Vallès, Edition AFNOR.[3] "Les bus de terrain", Guy Farges , Editions techniques Schneider. [4] "Les capteurs en instrumentation industrielle", Georges Asch,

Edition Dunod.[5] "La mesure et l'instrumentation", G.Prieur et M.Nadi,

Edition Masson.[6] "Le Carnet du régleur", J.M.Valance, p.253-264, p.265-277, p.312

Edition Valance.[7] "Guide d'instrumentation contrôle commande automatique",

F.M.Després, Kirk Editions Collection industries.[8] "Systèmes asservis : Commande et régulation", Collection Eyrolles

Mentor Sciences, Edition Eyrolles.[9] "Aide-mémoire de régulation et automatisme des systèmes frigorifiques",

P.Prigent, M.Auclerc, p.5-17, p.171-184, p.185-194, Edition Dunod.

http://btscira.perso.sfr.fr/page3/page3.html


Notes

Quelques notes:

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Education

Instrumentation et régulation