1) Introduction - Internet Très Haut Debit, Télévision,...

CIRA2:Régulation-Instrumentation

1. Généralités...................................................................................................................................................................................................21.1. Définitions..........................................................................................................................................................................................21.2. RégulationouAsservissement..................................................................................................................................................21.3. Lesservomécanismes....................................................................................................................................................................2

2. Principedefonctionnementd’unerégulation..............................................................................................................................22.1. Fonctionnementenboucleouverte(Manuel)....................................................................................................................32.2. Fonctionnementenbouclefermée(Automatique)..........................................................................................................3

3. Schémasdereprésentation..................................................................................................................................................................33.1. SchémaTI...........................................................................................................................................................................................33.1.1. Présentation.............................................................................................................................................................................33.1.2. Leslettres..................................................................................................................................................................................43.1.3. Lessymboles...........................................................................................................................................................................5

3.2. LesschémasTIdebase.................................................................................................................................................................63.3. L’instrumentationdebase...........................................................................................................................................................63.4. Schémafonctionnel........................................................................................................................................................................73.4.1. Présentation.............................................................................................................................................................................73.4.2. DuschémaTiauschémafonctionnel...........................................................................................................................73.4.3. Représentationfonctionnelled'unebouclederégulation..................................................................................8

4. Raccordementsélectriques..................................................................................................................................................................84.1. Letransmetteur...............................................................................................................................................................................84.2. Schémadeprinciped'uneboucledecourant.....................................................................................................................94.3. Générateurourécepteur?..........................................................................................................................................................94.4. Mises-enœuvrepratique.............................................................................................................................................................94.5. Schémadecâblaged’unebouclederégulationdedébit................................................................................................9

1) Introduction

sur 9

1. Généralités

1.1. DéfinitionsDéfinition:Larégulationregroupel'ensembledestechniquesutiliséesvisantàcontrôlerunegrandeurphysique.Exemplesdegrandeurphysique:Pression,température,débit,niveau,etc…Ondéfinitaussilesélémentssuivants:

• La grandeur réglée, c'est la grandeur physique que l'on désire contrôler. Elle donne son nom à larégulation.Exemple:unerégulationdetempérature.

• Laconsigne:C'estlavaleurquedoitprendrelagrandeurréglée.• Lagrandeurréglanteestlagrandeurphysiquequiaétéchoisiepourcontrôlerlagrandeurréglée.Elle

n'estgénéralementpasdemêmenaturequelagrandeurréglée.• Lesgrandeursperturbatricessontlesgrandeursphysiquesquiinfluencentlagrandeurréglée.Ellesne

sontgénéralementpasdemêmenaturequelagrandeurréglée.• L'organederéglageestl'élémentquiagitsurlagrandeurréglante.

1.2. RégulationouAsservissement• Dansunerégulation,ons'attacheraàmaintenirconstantelagrandeurrégléed'unsystèmesoumisàdes

perturbations.• Dansunasservissement,lagrandeurrégléedevrasuivrerapidementlesvariationsdelaconsigne.

1.3. LesservomécanismesOnappelleservomécanisme,unsystèmeasservidontlerôleconsisteàamplifierlapuissanceetdontlagrandeurrégléeestunegrandeurmécaniquetelqu'uneffort,uncouple,lapositionoul'unedesesdérivéesparrapportautemps,commelavitesseetl'accélération.

2. Principedefonctionnementd’unerégulation

Sur la représentation simplifiée ci-dessus d’une régulation, on peut noter que pour réguler une grandeurphysique,ilfaut:

• Mesurerlagrandeurrégléeavecuncapteur.• Réfléchirsurl'attitudeàsuivre:c'estlafonctiondurégulateur.Lerégulateurcomparelagrandeurréglée

aveclaconsigneetélaborelesignaldecommande.• Agirsurlagrandeurréglanteparl'intermédiaired'unorganederéglage.

sur 9

2.1. Fonctionnementenboucleouverte(Manuel)Onparledefonctionnementenboucleouvertequandc'estl'opérateurquicontrôlel'organederéglage.Cen'estpasunerégulation.Ilestànoterqu’ilfautvérifierlefonctionnementdesonprocédéenboucleouverteavantdepasseràunfonctionnementenbouclefermée.

2.2. Fonctionnementenbouclefermée(Automatique)C'estlefonctionnementnormald'unerégulation.Lerégulateurcomparelamesuredelagrandeurrégléeetlaconsigneetagitenconséquencepourrapprocherlesdeuxvaleurs.

3. Schémasdereprésentation

3.1. SchémaTI

3.1.1. PrésentationLa norme NF E 04-203 définit la représentation symbolique des régulations, mesures et automatismes desprocessusindustriels.Lesinstrumentsutiliséssontreprésentéspardescerclesentourantdeslettresdéfinissantlagrandeurphysique régléeet leur(s) fonction(s).Lapremière lettredéfinit lagrandeurphysique réglée, lessuivanteslafonctiondesinstruments.

Lesparcoursdel’informationsontmatérialisésparuneflèchedontl’alluredépenddusupportdel’information.

sur 9

SchémaTId’unerégulationdeniveaudansleballonaveccascadesurledébit:

3.1.2. Leslettres Grandeurphysique Affichage Fonction ComplémentA Analyse Alarme B Combustion(Flamme) C Conductivité(ouautre) Régulateur D MasseVolumique(ouautre) DifférenceE Tension Élémentprimaire F Débit Proportion

G (libre) àglace H Commandemanuelle HautI Courantélectrique Indicateur J Puissance K Temps L Niveau Voyantlumineux BasM Humidité(ouautre) N Viscosité(ouautre) O (libre) P Pression Q Quantité Totaliseur R Rayonnement Enregistreur S Vitesse Commutateur T Température Transmetteur U Variablesmultiples V Vibrations Vannes W MasseouForce Puitsthermométrique X (libre) Y Événement Relaidecalcul Z Position

HH=trèshaut

LL=trèsbas

sur 9

3.1.3. Lessymboles

Regulation TSTL Chap. II : Schemas

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ANNEXE 1TABLEAU DES CODETS D'IDENTIFICATION DEVANT ETRE CONNUS

1 2 3 4 5

Variable mesurée Premier élément Fonction Dispositif réglant Signalisation

1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3 5.1 5.2

Signification Initiale Modifi-cateur

ElémentprimaireCapteur

Indica-teur

Trans-metteur

Enregis-treurImpri-mante

Régula-tion

Commu-tationContacts

Relaisdiverset decalcul

Organederéglage

Action-neur

Autono-me

Lampetémoin

Alarme

A à Z D FQ

E I T R C H (H)S M

L (L)

Y V Z CV H(H)L M

L (L)

H (H)A M

L (L)

TensionElectrique

E EI

Débit F FFFQ

FE FIFFIFQI

FTFITFFTFQTFFIT..

FRFFRFQR

FC FICFFCFRCFFICFFRC

FSHHFSHFSMFSLFSLL

FYFFY

FVFFV

FZFFZ

FCV FLHHFFLHHFQLHHFLHFFLH...

FAHHFFAHHFQAHHFAHFFAH..

Courantélectrique

I II IAHHIAH..

Action humaine H HC,HIC

Niveau L LE LI LT,LIT LR LCLICLRC

LSHHLSHLSM..

LY LV LZ LCV LLHHLLHLLM..

LAHHLAHLAM..

Pression P PD PE PIPDI

PTPDT

PRPDR

PCPICPDCPDIC

PSHHPDSHH...

PYPDY

PVPDV

PZPDZ

PCVPDCVPSV

PLHHPDLHHPLH....

PAHHPDAHHPAH...

Température T TE TI TTTIT

TR TCTIC

TSHHTSH...

TY TV TZ TCV TLHHTLH..

TAHHTAH..

Modificateur 1.3 D : différentiel F : fraction (rapport) Q : quantité (totalisateur, intégrateur, compteur)

Commutation 1.3 Lampe témoin 5.1 et Alarme 5.2 peuvent comporter un qualificatif:HH : très haut H : haut M : milieu (intermédiaire) L : bas LL : très bas

2

TSTL Cours de régulation

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ANNEXE 1TABLEAU DES CODETS D'IDENTIFICATION DEVANT ETRE CONNUS

1 2 3 4 5

Variable mesurée Premier élément Fonction Dispositif réglant Signalisation

1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3 5.1 5.2

Signification Initiale Modifi-cateur

ElémentprimaireCapteur

Indica-teur

Trans-metteur

Enregis-treurImpri-mante

Régula-tion

Commu-tationContacts

Relaisdiverset decalcul

Organederéglage

Action-neur

Autono-me

Lampetémoin

Alarme

A à Z D FQ

E I T R C H (H)S M

L (L)

Y V Z CV H(H)L M

L (L)

H (H)A M

L (L)

TensionElectrique

E EI

Débit F FFFQ

FE FIFFIFQI

FTFITFFTFQTFFIT..

FRFFRFQR

FC FICFFCFRCFFICFFRC

FSHHFSHFSMFSLFSLL

FYFFY

FVFFV

FZFFZ

FCV FLHHFFLHHFQLHHFLHFFLH...

FAHHFFAHHFQAHHFAHFFAH..

Courantélectrique

I II IAHHIAH..

Action humaine H HC,HIC

Niveau L LE LI LT,LIT LR LCLICLRC

LSHHLSHLSM..

LY LV LZ LCV LLHHLLHLLM..

LAHHLAHLAM..

Pression P PD PE PIPDI

PTPDT

PRPDR

PCPICPDCPDIC

PSHHPDSHH...

PYPDY

PVPDV

PZPDZ

PCVPDCVPSV

PLHHPDLHHPLH....

PAHHPDAHHPAH...

Température T TE TI TTTIT

TR TCTIC

TSHHTSH...

TY TV TZ TCV TLHHTLH..

TAHHTAH..

Modificateur 1.3 D : différentiel F : fraction (rapport) Q : quantité (totalisateur, intégrateur, compteur)

Commutation 1.3 Lampe témoin 5.1 et Alarme 5.2 peuvent comporter un qualificatif:HH : très haut H : haut M : milieu (intermédiaire) L : bas LL : très bas

2


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3

B. Schéma fonctionnel

Le schéma fonctionnel tente de représenter les relations entre les différentes grandeurs physiques des boucles

de régulation. Il sera composé uniquement des éléments suivants :• Ligne de parcours d'une grandeur physique (fig. ligne) : Cette ligne représente le parcours d'une même

grandeur physique de la boucle de régulation.


2 Schema fonctionnel

Le schema fonctionnel tente de representer les relations entre les di�erentes grandeurs physiques des bouclesde regulation. Il sera compose uniquement des elements suivants :– Des lignes qui representent le parcours d’une grandeur physique dans la boucle de regulation.

Terminale STL Regulation

- Bloc gain (fig. 9) : Le bloc represente la relation entre deux grandeurs physiques, relation realiserpar un element de la boucle de regulation :

S = H � E (1)

- Sommateur et soustracteur (fig. 10 et fig. 11) : Ce bloc represente l’addition ou la soustractionde grandeurs physique de meme nature.

Grandeur physique

Figure 8 – Ligne de parcours

HE S

Objet

Figure 9 – Bloc gain

E1

E2

S= E1 + E2

+

+

Figure 10 – Sommateur

E1

E2

S= E1 - E2

+

-

Figure 11 – Comparateur

C K S

M

PerturbationZ

Correcteur Organe de réglage

Procédé

Capteur

ConsigneW

MesureX

Grandeur régléeXY

SYSTEME

REGULATEUR

Figure 12 – Representation fonctionnelle d’une boucle de regulation

9

– De comparateurs qui representent l’addition ou la soustraction de grandeurs physiques de meme nature.

– De blocs qui representent la relation entre deux grandeurs physiques, relation realise par un element dela boucle de regulation.

Representation fonctionnelle d’une boucle de regulation

4

• Bloc gain : Le bloc représente la relation entre deux grandeurs physiques, relation réaliser par un

élément de la boucle de régulation :








S = H � E (1)


Grandeur physique


HE S

Objet


E1

E2

S= E1 + E2

+

+


E1

E2

S= E1 - E2

+

-


C K S

M

PerturbationZ


Procédé

Capteur

ConsigneW

MesureX

Grandeur régléeXY

SYSTEME

REGULATEUR


9

S = H � E


4

• Sommateur et soustracteur : Ce bloc représente l'addition ou la soustraction de grandeurs physique de

même nature.







S = H � E (1)


Grandeur physique


HE S

Objet


E1

E2

S= E1 + E2

+

+


E1

E2

S= E1 - E2

+

-


C K S

M

PerturbationZ


Procédé

Capteur

ConsigneW

MesureX

Grandeur régléeXY

SYSTEME

REGULATEUR


9



S = H � E (1)


Grandeur physique


HE S

Objet


E1

E2

S= E1 + E2

+

+


E1

E2

S= E1 - E2

+

-


C K S

M

PerturbationZ


Procédé

Capteur

ConsigneW

MesureX

Grandeur régléeXY

SYSTEME

REGULATEUR


9



4


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sur 9

3.2. LesschémasTIdebaseRégulationdepression Régulationdeniveau

Régulationdetempérature Régulationdedébit

3.3. L’instrumentationdebase

Vannederégulation Transmetteurdedébit

Transmetteurdeniveau Transmetteurdetempérature

Qe Qs

PYPT

PC

i/p

GRANDEURSRéglée = Pression P1Réglante = Débit Qe

Perturbatrice = Débit QsP1

PV

transmetteur de pression

régulateur de pression

convertisseur i/p

vanne de régulation

QeQs

LY

LT

LC

i/p GRANDEURSRéglée = Niveau L

Réglante = Débit QePerturbatrice = Débit Qs

LV transmetteur de niveau

régulateur de niveau

convertisseur i/p


L

Qe

TC

GRANDEURSRéglée = Température de l'eauRéglante = Puissance du four

Perturbatrice = Débit Qe

transmetteur de température

régulateur de température

TT

Qe

FY

FT

FC

i/pGRANDEURS

Réglée = Débit QeRéglante = Section ouverture vanne

Perturbatrice = Pression P1

FV

transmetteur de débit

régulateur de débit

convertisseur i/p


P1diaphragme

PVvanne

pneumatique

PVElectrovanne

S

PVvanne avec

positionneur

Corp de vanne

ServomoteurPositionneur

Cv = 1, 16⇥p

d⇥Qp�P

densitém /h3

bar

∆p

Qv

PDT

transmetteur de pression différentielle

diaphragme

FY

√

extracteur deracine carrée

mesure de débit

mesure de ∆P

Qv = k ⇥p

�P

tuyèreventuri

∆p

PDT

Capteur depression différentielle

mesure de niveau

L

h

�P = �⇥ g ⇥ h

flotteur

plongeur

x f

TC

transmetteur de température

régulateur de température

TT

V Alimentationthermocouple

TCTT

V

PT100montage 3 fils

T = f(E)

T = f(R)

soudure chaude

soudure froide

sur 9

3.4. Schémafonctionnel

3.4.1. PrésentationLeschémafonctionneltentedereprésenterlesrelationsentrelesdifférentesgrandeursphysiquesdesbouclesderégulation.Ilseracomposéuniquementdesélémentssuivants:

• Des lignesdeparcoursd'une grandeurphysique. Ces lignes représentent le parcoursd'une grandeurphysiquedelabouclederégulation:

• Desblocsquireprésententunouplusieursélémentsdelachaînederégulationquiassurelarelationentredeux grandeurs physiques, relation caractérisée par la fonction de transfert. La fonction de transfertpermetpourtoustypesdesignauxd’avoirlarelationsuivante:s=H×e

• Lessommateursoucomparateurs,quipermettentl’additionoulasoustractiondegrandeursphysiques:

3.4.2. DuschémaTiauschémafonctionnelAj partird’unschémaTI,onpeutconstruireleschémafonctionnelcorrespondant.Exemple:

Unerégulationdepression

PTPI

C

Qe Qs

X

YW

C H1 H2

R

❶ ❶❷

Qs❷

❸

Qe

❸

❹

❹

❺

❺

❻

❻❼

❼

❽

❽❾

W❾

X

Y

Schéma TI Schéma Fonctionnel

sur 9

3.4.3. Représentationfonctionnelled'unebouclederégulationD’unemanièregénérale,unebouclederégulationpeutêtrereprésentéedelamanièresuivante:

4. Raccordementsélectriques

4.1. LetransmetteurOnpeutséparertroistypesdetransmetteurs:Lestransmetteurs4fils(actifs)quidisposentd'unealimentationetquifournissentlecourantI.Leurschémadecâblageestidentiqueàceluidesrégulateurs.

Lestransmetteurs3fils(actifs)sontdestransmetteurs4fils,aveclesentréesmoinsreliées.

Lestransmetteurs2fils(passif)quinedisposentpasd'unealimentationetquicontrôlentlecourantIfourniparunealimentationexterne.

sur 9

4.2. Schémadeprinciped'uneboucledecourantUneboucle4-20mAestcomposée:

• D'ungénérateur,quifournitlecourantélectrique ;• D'unouplusieursrécepteurs,quimesurelecourantélectriquequilestraverse.

Remarques:• Lecourantsortparlaborne+dugénérateur ;• Lecourantentreparlaborne+desrécepteurs.

4.3. Générateurourécepteur?

Récepteur GénérateurTransmetteur2fils Transmetteur4fils

Entréemesuredurégulateur Transmetteur3filsOrganederéglage AlimentationEnregistreur Sortiecommanderégulateur

4.4. Mises-enœuvrepratiqueChercherlenombredebouclesdecourant.Ilyadeuxfoisplusdebouclesdecourantquedebouclesderégulation.Pourchaqueboucle,fairelalistedel'instrumentationmiseenœuvre.

• Danschaqueliste,déterminerl’uniqueélémentgénérateur.• Relierle(+)dugénérateurau(+)d’unrécepteuravecunfilrouge.• Relierle(-)dugénérateurau(-)d’unrécepteuravecunfilnoir.• Sipossible,relierles(+)disponiblesdesrécepteurs,aux(-)disponiblesd’autresrécepteursavecunfil

bleu.Remarque:Danschaqueboucledecourant,ilyaautantdefilsdeliaisonqued'éléments.

4.5. Schémadecâblaged’unebouclederégulationdedébit

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