cours instrumentations industrielles.pdf

FORMATIONINDUSTRIE

Ingnieursen scuritIndustrielle

123

Risques et prcautions lis au matriel

INSTRUMENTATION-RGULATION -AUTOMATISMES

PRESENTATION DU CONTROLE DE PROCEDE

I

-

DIFFRENTES FONCTIONS DE CONTRLE DE PROCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1 - Opration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 - Suivi de la marche du procd . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . 13 - Rgulation des paramtres de marche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 24 - Automatismes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 -

Optimisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

-

Conclusion : niveau de contrle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

II

-

PRINCIPE ET CONSTITUTION D'UNE BOUCLE DE RGULATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1

-

Diffrentes fonctions intervenant dans une boucle de rgulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 -

Diffrents types de signaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

III -

SYMBOLISATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

1

-

Symbolisation fonctionnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 62 -

Symboles d'instrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

IV -

BOUCLES PNEUNIATIQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

1

-

Alimentation d'un appareil pneumatique et transmission des signaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 - Avantages-Inconvnients des boucles pneumatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .13

V

-

BOUCLES LECTRIQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Alimentation d'une boucle lectrique et transmission des signaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 14Avantages-Inconvnients des boucles lectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ._ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16Exemple de boucle lectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .16

VI -

BOUCLES NUMRIQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1

-

Principe de fonctionnement d'une boucle dite "numrique" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .172 - Communication numrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193 -

Liaisons numriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .234 - Avantages-Inconvnients des boucles "numriques" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

5 -

Exemples de boucles numriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

VII -

BOUCLES TOUT OU RIEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1

-

Boucles manque d'nergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . .27

2 - Boucles mission d'nergie . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . ..27

3 -

Exemple de boucle TOR . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

pe 2000 ENSPM Formation Industrie

0810911999 n

1-

DIFFRENTES FONCTIONS DE CONTRLE DE PROCD

1 -

OPRATION

a - Les oprations

de dmarrageet d'arrt

Les mesures et la rgulation auxquels sont associs les automatismes et squentiels d'oprationconstituent un domaine technique tout fait primordial dans la conduite des procds continus .

d'une installation fonctionnant en continu, ncessitent l'oprateur de conduite de disposer descommandes Tout Ou Rien- et analogiques de tous les points intervenant dans la procdurecorrespondante . Ceci impose, en gnrai, de pourvoir bipasser l'action d'un certain nombred'automatismes de scurit .

Si l'installation est conduite par un systme numrique, les procdures les plus rptitives sontautomatises et le bipassage des automatismes de scurit ncessaires au dmarrage del'installation est alors ralis par ces procdures squentielles (qui assurent aussi leur remiseautomatique en service aprs une temporisation prdfinie).

b - Les procdures squentielles d'opration

Elles permettent d'assurer, de faon absolument fiable, toutes les tches prsentant un certaincaractre rptitif

-

allumage d'un brleur-

mise en reflux total d'une tour de distillation-

mise en recirculation d'une section d'unit

,2 -

SUIVI DE LA MARCHE DU PROCD

Le rle de l'instrumentation est d'abord de fournir des informations concernant les conditions defonctionnement des installations de fabrication . II s'agit le plus souvent de grandeurs physiquessimples comme les pressions, dbits, niveaux, tempratures, mais aussi de variables laborescomme des compositions chimiques ou des caractristiques diverses de qualit : densit, viscosit,pH, . . . etc.

Des alarmes (visuelles ou sonores) avertissent l'oprateur lorsqu'une grandeur opratoire s'carte desa valeur habituelle .

2000 ENSPM Formation Industrie

3 -

RGULATION DES PARAMTRES DE MARCHELa rgulation a pour but de raliser le contrle continu des principaux paramtres de marche duprocd. Elle se traduit essentiellement par la prsence de nombreuses boucles de rgulation quiont deux objectifs principaux

a - Elles permettent au procd de ragir diffrentes perturbations en gardant constants lesparamtres rguls.

Par exemple

4- AUTOMATISMES

le niveau qui spare les phases liquide et vapeur dans un ballon est maintenu constantgrce la rgulation de niveau qui s'adapte aux diffrentes perturbations : changement dedbit d'alimentation, variation de pression, etc . Cela permet d'viter des incidents graves telsque l'envoi de liquide dans le circuit gaz ou l'inverse,1a temprature de sortie du produit rchauff dans un four est toujours rgule . Cela permetune adaptation automatique de la chauffe quand les conditions changent ; variation du dbitou de la temprature du produit rchauffer, changement des caractristiques ducombustible, etc.la rgulation des pressions de fonctionnement des colonnes de distillation est une ncessitpour obtenir un fonctionnement stable . Ainsi, cette rgulation doit s'adapter aux variationsde temprature de l'air ambiant utilis comme fluide de rfrigration dans les condenseursde tte des colonnes .les dbits d'alimentation des units ainsi que ceux qui circulent entre units et bacs ou debacs . bacs doivent tre connus donc mesurs. Certains d'entre eux doivent tre rgulspour assurer un fonctionnement stable des units .

b - Les boucles de rgulation constituent pour l'oprateur, qui est inform par l'instrumentation desconditions de marche, le moyen d'action sur les conditions de fonctionnement d'une installation . IIpeut ainsi parfaire les rglages, les modifier en fonction des consignes de fabrication . ou faire voluerles conditions de marche dans les phases transitoires ou perturbes .

Identiques dans leur principe, mais diffrents dans leur finalit, les automatismes peuvent sediffrencier entre automatismes de scurit et automatismes de procd .

a - Les automatismes de scurit

Les "scurits" ou "protections" comprennent tous les automatismes qui dmarrent ou arrtentautomatiquement certains quipements ou parties d'unit lorsqu'une divergence excessive desconditions de marche conduit un risque humain ou matriel . Leur by-passage travers l'interface deconduite n'est pas autoris .

b - Les automatismes de procd

Ils comprennent tous les automatismes qui ne correspondent pas un risque humain particulier ; maisplutt la protection d'un matriel ou d'une machine et tels que

-

la protection anti-cavitation des pompes-

etc . . .

Dans la mesure o il s'agit d'une procdure ncessaire d'opration, leur by-passage traversl'interface de conduite est prvu.


OPTIMISATION

L'optimisation nergtique d'une installation un peu complexe ncessite des programmesinformatiques lourds qui ne peuvent fonctionner que sur des calculateurs de grande puissance .

Le passage en mode de "Supervision" des boucles concernes par cette optimisation est assurepar l'oprateur de conduite, sous rserve (contrle par le programme) que l'installation se trouvedans des conditions de fonctionnement qui le permettent . Le programme en question assure aussi leretour en rgulation de base en cas de constatation d'une quelconque anomalie de fonctionnement duProcess en cours d'optimisation .

Cette optimisation se fait le plus souvent par l'intermdiaire d'algorithmes de rgulation multivariablequi, par action simultane sur plusieurs "grandeurs manipules" de l'installation permettent demaintenir les "grandeurs contrles" entre les consignes mini et maxi d'opration (lesquelles sont engnral) des caractristiques physiques, chimiques ou de composition des produits fabriqus .

Elle s'appuie sur un "modle statique" du procd pour fixer les conditions de marche de faon satisfaire une combinaison composition/quantit des produits fabriqus .

G -

CONCLUSION : NIVEAUX DE CONTRLE

On peut donc considrer que les niveaux de contrle dans une installation sont au nombre de 5

mesuresrgulations de basecomposition et caractristiquesoptimisationordonnancement de la fabrication

chaque niveau pilotant le niveau directement infrieur.

OPTIMISATION

COMPOSITION ETCARACTRISTIQUES DES PRODUITS

RGULATIONS DE BASE

MESURES

ORDONNANCEMENT


Il-

PRINCIPE ET CONSTITUTION D'UNE BOUCLE DE RGULATION

1 -

LMENTS CONSTITUTIFS D'UNE BOUCLE DE RGULATIONPour mettre en ceuvre la boucle de rgulation de niveau de la phase liquide d'un ballon, . les lmentsconstitutifs suivants sont ncessaires . .

Capteur

Vanne de rgulation

transmetteur

Boucle de rgulation de niveau

Q 2000 ENSPM Formation Industrie

UNITE

RgulateurAlim r10~A

Consigne

SALLE DE CONTROLE

Q

Q

La mesure de niveau est assure par le capteur et dirige vers le transmetteur . Celui-ci transformela mesure en un signal et le transmet au rgulateur qui, par ailleurs, a reu une consigne dehauteur de . niveau . Le rgulateur compare la mesure la consigne et, s'il existe un cart, agit sur leservo moteur de la vanne de rgulation par un signal de commande dans le sens voulu pour ramenerla grandeur rgle la valeur d consigne .

Un positionneur gnralement install sur la vanne-automatique, vrifie en permanence que laposition relle de la vanne correspond bien la position thorique correspondant au signal rgulateur .Dans le cas contraire, il modifie la pression d'air sur le servo moteur jusqu' concordance de cesdeux positions .

La mesure est visualise en continu sur un indicateur ou un enregistreur. ILa prsence supplmentaire d'alarmes de niveau haut et bas permet de prvenir l'oprateur en casde remplissage anormal ou de vidange excessive du ballon .

Dans d'autres cas de boucles de rgulation, la vanne automatique peut tre remplace par un organede rglage ou actionneur tel que ventelles, servomoteur pour orienter les pales d'un ventilateur,etc .

2 -

DIFFRENTS TYPES DE SIGNAUX

Dans une boucle de rgulation ou d'automatisme, les diffrents appareils sont relis entre eux et lesinformations circulent le plus souvent

Application

soit sous forme de pression d'airsoit sous forme de courant lectrique continusoit sous forme d'information numrique

Les signaux sont alors appeles respectivement signaux pneumatiques, lectriques et numriques .

Les signaux pneumatiques et lectriques, qui sont des signaux continus, sont dits analogiques .

En numrique, les signaux sont mis intervalles de temps rguliers (seconde ou fraction de secondecorrespondant la priode de scrutation) .

Donner la correspondance "numrique" du signal analogique reprsent

Signal analogique

Signal numrique

Dans certaines applications la transmission de signaux optiques analogiques ou numriques se faitpar l'intermdiaire d'une fibre optique, principe de transmission qui prsente plusieurs avantagestechniques (en particulier au point de vue de l'attnuation des signaux) .

Les boucles dont les paramtres n'ont que deux tats possibles sont appeles boucles Tout OuRien (TOR), Logiques ou Digitales. Cela concerne entre autres

les contacteurs d'alarme (exemple : alarmes de niveau haut et bas sur le ballonprcdent),les contacteurs de fin de course sur les vannes,les lectrovannes,les actionneurs TOR (vannes, moteurs, . . .), commands par automatismes ou non


III -

SYMBOLISATION

Divers symboles normaliss sont utiliss pour reprer et identifier les lments d'une boucle de rgulation .Ils sont gnralement conformes la Norme ISA (Instrument Society of America) ; toutefois, chaque socitutilise un certain nombre de symboles non normaliss .

1 -

SYMBOLISATION FONCTIONNELLE

La symbolisation d'une boucle de rgulation peut s'effectuer de deux faons

Ainsi, pour la boucle de rgulation prcdente, ces deux possibilits sont schmatises ci-aprs :a - Symbolisation instrument par instrument

b - Symbolisation globale

-

soit appareil par appareil,-

soit globalement.

CAPTEUR TRANSMETTEUR

RGULATEUR

Liaison

Liaisonmcanique

lectriqueLV 103

VANNE AUTOMATIQUE


LV 103

Rgulation de niveau avec enregistrement, le niveau tant maintenu par action sur la vanneautomatique de soutirage liquide du ballon .

2 -

SYMBOLES D'INSTRUMENTATION

*Lignes de tuyauterie et d'instrumentation

Tuyauterie process

Alimentation d'instrumentprincipale I sens du fluide

ou connexion au processTuyauterie processsecondaire / sens du fluide

------------------- Tuyauterie trace

-,~ - -% - -~- Signal lectrique TOR

- Tuyauterie chemise

_ _ _ _ _ _ _ _ Signal lectrique analogique

Ligne du catalyseur ouprocess special

Signal numrique

*Code des lettres - Repres pour instruments

VARIABLE MESURE OUINITIANTE

PREMIRE LETTRE

MODIFICATEUR LECTURE OU FONCTIONPASSIVE


Signal pneumatique

Tube capillaire

LETTRES SUIVANTES

D

FONCTION ACTIVE

' MODIFICATEUR

A ! Analyse Alarme i8 ! Brleur, combustionC . R~tulateurD ! DiffrentielE Tension lment rimaireF Dbit ProportionG ! VisibilitH i Manuel HautI ; Intensit IndicateurJ Puissance ScrutationK Temps ou programme Vitesse de variation,

rampeStation de commande

L Niveau Voyant lumineux BasI M

IMomentan ; Moyen

intermdiaireN !0 I Orifice, restrictionP Pression, vide Connexion ~rnrerise de test IQ ! Quantit, nombre Intgration, totalisateurR Radioactivit EnregistrementS Vitesse, fr,uence Contacteur commutateurT Temprature TransmetteurU Multivariable Multifonctions i Multifonctions MultifonctionsV Vibration, analyse mcanique ' VanneW Poids, force PuitsX Non class Axe_ Non class Non class Non classy Prsence, tat, rsultat Axe Relais ou calculZ Position, dimension Axe

-lment de contrle finalnon identifi

Fal

ENT INACCESSIBLE LOPRATEURNORMALEM

INSTRUMENT DANS SNCCACCESSIBLE L'OPRATEUR EN SALLE DECONTRLE

LMENT DE SYSTME DISTRIBUAUXILIAIRE EN STATION LOCALEACCESSIBLE L'OPRATEUR

INSTRUMENT ASSURANT DEUXFONCTIONS

BLOCS DE FONCTION

* Corps de vannes de rglage

DE TYPE INDTERMIN*Note : CE SYMBOLE EST UNEREPRSENTATION CENTRALE

ROTATIVE

VANNE SPCIALE

*Actionneurs de vannes de rglage

MANUEL

VRIN SIMPLEOU DOUBLE EFFET MOTEUR

77

WIN

A MEMBRANE


TRAITEMENT PAR AUTOMATE PROGRAMMABLEEN LOCAL TECHNIQUE NORMALEMENTINACCESSIBLE L'OPRATEUR

TRAITEMENT PAR AUTOMATE PROGRAMMABLEAUXILIAIRE EN LOCAL TECHNIQUEACCESSIBLE L'OPRATEUR

AUTOMATE PROGRAMMABLEAUXILIAIRE EN STATION LOCALEACCESSIBLE L'OPRATEUR

PAPILLON

MEMBRANE

ANGLE

MEMBRANEAVEC COMMANDEMANUELLE

SYMBOLE GENERAL

TROIS VOIES

SOUPAPE ~

VANNESUR CATALYSEUR 7-~

Localisation

J INSTRUMENT LOCAL C APPLICATION CALCULATEURV INSTRUMENT EN LOCAL TECHNIQUE

SYMBOLE GNRAL

APPLICATION CALCULATEURINACCESSIBLE L'OPRATEUR

C7 INSTRUMENT AU TABLEAU PRINCIPAL 9 APPLICATION CALCULATEURACCESSIBLE L'OPRATEUR(9 INSTRUMENT AU TABLEAU LOCAL APPLICATION CALCULATEURAUXILIAIRE EN STATION LOCALE

b ~ INSTRUMENT DANS SNCCO SYMBOLE GNRAL POUR FONCTION

I, LOGIQUE OU CONTRLE SQUENTIELI" v INSTRUMENT DANS SNCC TRAITEMENT PAR AUTOMATE

PROGRAMMABLE

IV -

BOUCLES PNEUMATIQUES

1 - ALIMENTATION D'UNE BOUCLE PNEUMATIQUE ET TRANSMISSION DESSIGNAUX

a - Caractristiques d'une boucle pneumatique

Le schma de principe ci-dessous rappelle les lments constitutifs d'une boucle de rgulationpneumatique.

TRANSMETTEUR

transmetteurrgulateurpositionneur pneumatique

iINDICATEUR

Pour que les diffrents appareils pneumatiques tels que

VANNE DE RGULATION

puissent fonctionner, il est ncessaire de leur fournir de l'nergie sous forme de pression d'air .

A partir du rseau Air-Instrument, l'alimentation en air d'un appareil pneumatique est assure par unfiltre dtendeur dont le rle est de maintenir une pression constante quelle que soit laconsommation de l'appareil en question .


POSITIONNEUR

Le fonctionnement d'un appareil pneumatique revient toujours gnrer un dplacement ou uneforce .

L'mission du signal pneumatique consiste les transformer en une pression d'air variable ousignal de sortie . Ceci est gnralement ralis par un systme buse-palette ou par un montage s'enrapprochant.

Le signal mis circule dans un tube mtallique (acier, cuivre, inox) dans l'atelier et en tubeplastique souple en salle de contrle .

La rception d'un signal pneumatique dans les appareils tels que

indicateur et enregistreurrgulateurpositionneur

s'effectue dans un soufflet

b - Alimentation d'une boucle pneumatique : le filtre dtendeur

La vue extrieure et le principe de fonctionnement de filtres dtendeurs sont reprsents ci-dessous .

Entre airdu rseau

Air instrument

1 0

Volant de rglage


Orifice d'chappementf l'atmosphre

0Q

Sige

'

Sortie airvers appareil

utilisateur

Principe

Un filtre dtendeur est constitu

d'une partie filtre et purge d'eau

Le rseau Air-Instrument dlivre de l'air normalement sec et dpoussir une pressionde l'ordre de 7 bar relatifs sortie compresseurs d'air .

Celui-ci alimente le dtendeur travers une cartouche cylindrique creuse en bronzefritt ou en pierre poreuse et dont le rle est de retenir l'eau et les impurets quin'auraient pas t limines prcdemment

d'une partie dtendeur

Au travers d'un orifice dont l'ouverture est commande par un clapet, l'air vient agir surl'une des faces d'une membrane dformable dont l'autre face est soumise l'action d'unressort. La tension de ce ressort est rglable l'aide d'une vis et va dterminer lapression de sortie de l'air vers l'utilisateur.

Except certains positionneurs de vanne automatique, tout appareil pneumatique estaliment en air 1,4 bar relatif

c - mission d'un signal pneumatique : le systme buse-palette

Signal de sortie

1,2

e~~1S

0,8

0,6

palette 0,4

3 PSP,2


a0,05 0,1 0,15 0,20 0,25 0.30 0,35 a

x (mm)

Systme buse-palette

Variation du signal en fonction dela distance buse-palette

Une palette dont le dplacement reprsente l'information de sortie de l'appareil est place devant unebuse alimente en air 1,4 bar travers une restriction .

Quand la palette est loigne de la buse, le signal est pratiquement nul ; il augmente jusqu' unevaleur maximale voisine de la pression d'alimentation quand la palette se rapproche de la buse .

Sur la courbe prcdente qui donne la variation de la pression de sortie de la buse en fonction de ladistance buse-palette, on remarque que seule la zone AB est utilisable car pratiquement linaire : ellecorrespond une variation de pression de 800 mbar pour un dplacement de la palette de 50 80 usuivant les constructeurs .

,

D'o le choix de l'chelle de pression des signaux pneumatiques : 0,2 bar - 1 bar, soit 3-15 PSIen Units anglo-saxonnes (0,208 bar-1,030 bar)La buse, dont le diamtre peut varier de 0,3 1,2 mm, laisse passer un dbit d'air de 30 60 Ilh, . Larestriction a un diamtre plus petit que celui de la buse (0,2 0,5 fois son diamtre) afin que le dbitd'alimentation du systme ne puisse compenser la fuite .Un amplificateur de dbit appel relais-pilote est plac sur le circuit de sortie pour diminuer le tempsde rponse vers les appareils placs distance . Son signal de sortie, identique en pression celuidlivr par le systme buse-palette mais de dbit plus important, est appel souvent air modul .Application

Quelle est la pression du signal mis par un transmetteur pneumatique correspondant aux valeurssuivantes

Mesure

0%255075100

d - Rception d'un signal pneumatique

1 2

Signal transmetteur

barbarbarbarbar

Le signal pneumatique est reu dans un soufflet pour tre transform en une force utilisable .A titre d'exemple le schma ci-dessous illustre le fonctionnement d'un indicateur pneumatique .Le signal est transform par un systme soufflet-embiellage en un dplacement d'une aiguille devantun cadran .

Le cadran de ce type d'appareil est gnralement gradu de 0 % 100

-le0 /0 correspondant un signal d 0,2 bar-

le 10C % correspondant un signal de 1 bar


Avantages

Inconvnients

Attacheflexible

chelle

Soufflet

~nen,l ~ ia

Im,.Indicateur pneumatique

bar

Signal pneumatiquevenant du transmetteur

I

Rsistance rglable

Rglages de zro etd'tendue d'chelle

Ensemble axede plume

2 -

AVANTAGES - INCONVNIENTS DES BOUCLES PNEUMATIQUES

insensibilit aux parasites industriels tels que inductions parasites, champs magntiques

pression d'air directement utilisable sur une membrane ou un piston

conviennent bien la scurit incendie (pas de gnration d'tincelles, bonne tenue au feu)

lenteur de transmissionporte limite (quelques centaines de mtres en tube 4116 ou 618)cot d'installation levsensibilit l'humidit et aux poussiresnombreuses pices mcaniques en mouvementdifficult d'effectuer sans conversion des calculs labors

Qc 2000 ENSPM Formation Industrie

Nanmoins il existe encore de nombreuses boucles pneumatiques et il s'en installe de nos jours pourdes applications simples (ex : rgulation locale de pression ou de niveau, scurit locale, . . .)

V -

BOUCLES LECTRIQUES

1 -

ALIMENTATION D'UNE BOUCLE LECTRIQUE ET TRANSMISSION DES SIGNAUX

Procd

Un bloc d'alimentation, situ en salle de contrle, relie par 2 fils un circuit o l'on trouve en srie letransmetteur et une rsistance fixe de 250 S2 et en parallle de la rsistance le rgulateur .

c~, mesure HPr-~

BP

4/20 mA------------------------------Vanne automatique

signal

-avec positionneur

rgulateurlectropneumatique

Ce montage est parfois appel montage en parallle . La tension continue fixe dlivre par le blocd'alimentation est de 10 V 55 V suivant les constructeurs de matriel . Le 24 V est toutefois le plusutilis, c'est cette tension fixe qui est utilise comme vecteur lectrique de la mesure .

Le transmetteur peut tre assimil une rsistance variable Ri place dans le circuit lectrique .

TRANSMETTEUR(Ri variable)

Sign al de mesure

250S2T-27A

l'

14

R=250Q

RGULATEUR (RR fixe)

RGULATEUR


+

1(1055V

)Ufixe BLOC ~

50 HzAlim .

220 V

QNd2

----------+ Alimentation lectrique220 V -110V-24 V cc

BLOC

ALIM .

50 Hz22 V

Les variations de mesure se traduisent par des variations de la rsistance interne du transmetteur etdonc de la rsistance totale Rt du circuit . L'intensit i du courant de mesure varie en sens inverse decette rsistance Rt selon la loi d'Ohm.

avec Rt = Ri + 250

U

en Volt

vRt

en Ohm

SI

en Ampre

A

U=Rt . l ~i ou I

Le transmetteur est talonn pour que l'intensit du courant passant dans le circuit varie de 4 20 mAen gnral, quand la mesure fluctue de 0 100 % de l'chelle.

Le signal minimal de 0 mA n'est pas utilis pour viter la confusion avec une rupture du circuit .

Application

Aux bornes de la rsistance fixe de 250 S2 et donc aux bornes du rgulateur, quelle est la tensioncorrespondant aux valeurs suivantes de la mesure ?

Une tension variable de 1 5 V, et reprsentative de la mesure, peut alors tre prsente unnombre quelconque d'appareils sans aucune gne et la mise hors service de l'un d'entre eux neperturbe en rien le fonctionnement des autres .


_URt

MESURE SIGNAL TRANSMETTEUR TENSION AUXBORNES DESAPPAREILS (U = RI)

0% mA U= x

50% mA U= x

100% mA U= x

162 -

AVANTAGES-INCONVNIENTS DES BOUCLES LECTRIQUESAvantages

Inconvnients

Temps de rponse instantan,Trs bonne prcision,Signaux facilement utilisables par un calculateur (supervision, optimisation, etc.) oudans un Systme Numrique de Contrle Commande (SNCC) aprs conversion ennumrique .

- Risque de perturbations des signaux par l'environnement (champs lectromagntique,-Boucleagre pour atmosphre explosive (botier antidflagrant, scurit intrinsque,etc),-Mauvaisetenue des cbles au feu.

3 -

EXEMPLE DE BOUCLE LECTRIQUE

L'exemple ci-dessous montre le schma de montage d'une boucle lectrique de rgulation de dbit.

UNIT

Schma de montage d'une boucle de rgulation lectrique


SALLE DE CONTRLE

VI -

BOUCLES NUMRIQUES

mA

Signaux d'entre

T analogiques20-

4

1 7

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D'UNE BOUCLE DITE "NUMRIQUE"

Actuellement la plupart des transmetteurs, ( l'exception, partiellement, de ceux dits "intelligents") etla majorit des organes de rglages fonctionnent avec des signaux analogiques .

Seuls quelques systmes d'acquisition de donnes sur des capacits de stockage (niveaux,tempratures, densit, etc.) fonctionnent entirement en numrique.

Les boucles numriques concernent donc essentiellement le fonctionnement interne des rgulateursnumriques autonomes et les signaux mis l'intrieur d'un Systme Numrique de ContrleCommande (SNCC) .

Des interfaces ou convertisseurs analogiquelnumrique AIN sont alors ncessaires entre lesdiffrents lments de la boucle .

Le schma ci-dessous illustre un exemple de boucle de rgulation "numrique" de niveau .

INTERFACE

Consigne : C

Rgulateur INTERFACE

numrique

(autonome ou

de SNCC)

Les signaux d'entre analogiques (ou mesures) sont scruts intervalles de temps rguliers Tspour donner une suite de valeurs discontinues dites discrtes .

Chaque valeur discrte est transforme suivant un code dtermin en un signal numrique dansun convertisseur analogiquelnumrique .

Cette information numrique se prsente sous l'aspect d'une succession d'tats lectriques quitraduisent des tats binaires appels bits (contraction de "binary digit") . L'ensemble del'information constitue un mot.

Ts = Temps de scrutation

U 2000 N15t'N! orm2in(nYustrie

Signal de coummande ou

Signal de sortie : S

4-20 mA

CONVERSIONNUMERIQUE

s

temps

suite discontinue

Tempsde mots binaires

UNIT

Dans le cas d'un rgulateur numrique, la mesure, traduite en mots binaires grce des codes,sert au calcul priodique du signal de sortie (fonction de l'cart M-C et du rglage des actions PID) .Celui-ci est une suite de valeurs discrtes.

Aprs transformation dans un convertisseur numriquelanalogique et traitement dans une mmoireanalogique, qui bloque la valeur entre deux ractualisations, il en rsulte un signal de sortieanalogique en escalier .

Le temps de ractualisation TR peut tre gal ou suprieur au temps de scrutation Ts suivant lecomportement de la boucle dans le procd.

Plus les temps de scrutation et de ractualisation sont courts (en gnral de l'ordre de 1 quelquesdiximes de secondes), plus le signai de sortie en escalier du rgulateur numrique est assimilable ausignal de sortie du rgulateur analogique .

Le dveloppement actuel des transmetteurs numriques et celui, futur, des organes de rglages (expositionneur numrique - pneumatique d'une vanne automatique) permettent d'envisager dans unproche avenir la ralisation de boucles de rgulation entirement numriques .

_ZONE HF

i BJ PNEUMATI QUE ~ BJ PNEUMATIQUE ;

i

~

.i

ARRIERETABLEAU

Exemple du boucle mixte numrique analogique avec

capteur numriqueliaison numrique capteur-transmetteurtransmetteur numriqueliaison 4-20 mA transmetteur rgulateurrgulateur numriqueliaison 4-20 mA puis 0,2 -1 bar rgulateur-vanne


LOCAL TECHNIQUE

TABLEAU SALLE QE CONTROLE

;

ARMOAE I - 001

2 -

COMMUNICATION NUMRIQUE

a - Conversion AIN

1 9

Les systmes numriques actuels utilisent toujours des signaux analogiques. Ceci ncessitel'chantillonnage de ces signaux intervalle de temps rgulier afin d'obtenir une suite de valeursdiscrtes .

Chaque valeur discrte va pouvoir ainsi tre convertie en une valeur numrique suivant un code biendfini . Ce code se prsente sous la forme d'une succession d'tats binaire (0 ou 1) . Cet tat binaireest dfini comme tant l'lment de base de l'information numrique, le bit .

Chaque bit peut prendre deux tats logiques le "0" ou le 'T' .

1 bitU = "0 logique"

Le signal numrique traduisant la valeur de la variable analogique comprend plusieurs bits .

Les bits sont groups 8 par 8 pour former les octets

Les octets sont ensuite groups pour former les mots . La taille des mots habituellement utiliss pourles signaux numriques varie de 8 bits (1 octet) 32 bits (4 octets).

La conversion d'un signal variable analogique en un signal numrique est bien entendu d'autantplus prcise que la taille des mots est importante .

- Cheminement de la conversion du signai analogique en signal numrique

Exemple d'une mesure de pression

1 -

volution de la grandeur

0

2,5

5

7,5

10

12,5

15

17,5

20physique par le capteur

-j 1--1 1

j - j

T-

1 - -

barPRESSION

2 - laboration d'un signalanalogique 4-20 mA dlivrpar le transmetteur

3 -

Mesure du signal 4-20 mAanalogique sur une desvoies du convertisseurAIN. Slection de la voie la periode d l'chantillon-nage et gnration d'unevaleur discrte . Prlve-ment chaque priode dela valeur discrte et con-version en informationsnumriques

= "1 logique"

1 octet = 8 bits et 1 kilo octet = 1 ko = 2 10 octets = 1024 octets

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 18 20

i-

i

i

- r`0 1 2 3 4 5

Q2000 ENSPM Formation Industrie

information numrique

quivalent dcimaldu mot binaire

7

Signal' numrique

a

b - Rsolution de la conversion

Application : conversion d'une mesure de pression 0-20 bar en mot de 3 bitsComplter le tableau ci-dessous

Quel est le mot binaire de 3 bits qui reprsente une pression de 11,3 bar dans la capacit ?

En dduire la rsolution (prcision sur la conversion) du signal obtenu avec un mot de 3 bits

- en

-

en bar


Signal analogique Signal numriquei

bar % mA Numrotation des ntervallesNumrotation des

en binairesintervalles en dcimales0 ~ 0 4 4 2 1

6I

I i I

8

ii

I

10I

12

14-

I

i

16 -I

C18 -

[j0 r 10:0 20

v

La rsolution est d'autant meilleure que le mot binaire comporte un nombre de bits important . Si le motest de 12 bits, le nombre d'intervalles correspondant est de

La rsolution du signal en bar et en % est donc de

c - Structure d'un lment binaire

Classiquement on reprsente un lment binaire par un tat de prsence ("1 logique") ou d'absence("0 logique") de signal lectrique (courant ou tension)

L'exemple ci-dessous, d'un mot de 8 bits, illustre cette reprsentation

Exemples

La structure d'un lment binaire dpend des fabricants de matriel et peut tre plus complexe .

Dans le systme Honeywell TDC le "1 logique" et le "0 logique" ont la structure suivante

Volts

"1 " Logique

I

"0" Logique

II

II

I

0,9 v

I

II

I

I

I a2501000

s-X

2501000s

I

Q- 1 bit

OP I1-- 1 bit

J


bar

t

Le protocole BELL 202 utilis chez Rosemount donne un signal cod par changement de frquencemis 1200 Baud .

d - Messages binaires

1200 Hz

2200 Hz"1" logique

'0', logique

Qma0

En ralit un message binaire (appel parfois "Paquet" ou "Bloc") comporte 3 types d'informationdes informations numriques vues prcdemment et caractrisant la valeur de lamesure ou du signal de commande exprims en mots binaires de 1 4 octets, (8 32bits)des informations assurant la validit du message : bits de dbut et de fin demessage, bits de parit pour dtecter une erreur de transmission,des informations codes relatives au message

" adresses du message : origine et destinataire," longueur du message," donnes spcifiques (ex : codage utilis)

Par exemple, le message mis par un transmetteur numrique de pression peut comporter lesdonnes suivantes

. repre du transmetteur,

. descripteur,. units (bar, Pascal, mm/Hg, etc .),.zro et chelle,. limites du capteur,. rfrence constructeur,. matriaux utiliss,. etc.

Ces informations sont ncessairement codes car elles utilisent des caractres alphanumriques etdes symboles qui doivent tre traduits en numrique pour tre utilisables .

Le code le plus ; rpandu est le code ASCII (American Standard Code for Information Interchange)normalis 7 bits (8 bits avec le bit de parit) .

Le schma ci-dessous illustre simplement la structure d'un message binaire .

Bit dedbut

messageInformations codes

aDonnes

Informations codes

Bit de

Qnumriques

tin crmessage

Structure d'un message binaire


3 -

LIAISONS NUMRIQUES

'CaU

a - Bus et protocole de communication

Les liaisons numriques s'appuient sur un support matriel appel bus qui permet aux appareils decommuniquer ensemble et sur un protocole qui dfini un ensemble de rgles pour les changes entreles diffrents appareils .

Bus

Dans le bus, les communications peuvent s'effectuer en parallle ou en srie .

Liaison numrique parallle

Liaison numrique

Liaison numrique0-0-0-

symbolise

a0Q

Message binaire

- Protocole

23


Liaison numrique srie

Message binaire

Dans la liaison parallle, chaque bit d'un mot circule dans un cble diffrent ce qui permet desvitesses d'change leves mais ncessite autant de cbles (jusqu' 32) en parallle que de bitsconstituant un mot.

C'est un type de liaison utilis trs couramment pour les liaisons courtes internes (bus interne) ouexternes (vers cran vido ou imprimante) .

Dans la liaison srie, le mot entier circule sur un mme cble. Cette liaison minimise le nombre decbles et est utilise pour de grandes distances. Le bus est alors un cble lectrique coaxial,tlphonique ou bifilaire parallle ou une fibre optique.

De par le principe du numrique, les liaisons parallle ou srie autorisent le passage simultan deplusieurs messages diffrents dans le mme bus, en particulier grce aux diffrentes informationscontenues dans un message.

Le protocole de transmission est un ensemble de rgles qui dfinissent les changes entrelments . Cela concerne

numenque(ou analogique)

la vitesse d'change exprime en Baud (1 Baud = 1 bit par seconde) . Elle varie de 1200 Bauds quelques Mga Bauds suivant les systmes et les fabricants),les modes de transmission : bits de dbut et de fin de message, bit de parit, structuredes bits de donnes, etc.,les codes de transmission (ex : Code ASCII) .

b - Bus pour signaux lectriques

Ce sont des cbles lectriques de technologie connue . Ils prsentent les caractres spcifiquessuivants

le cble tlphonique form de paires tlphoniques a une assez grande sensibilitaux perturbations lectromagntiques et une vitesse d'change peu leve (2 MegaBauds),le cble coaxial a une bonne immunit aux perturbations lectromagntiques et permetune grande vitesse d'change (jusqu' 300 Mega Bauds) .

c - Bus pour signaux optiques : fibres optiques

Principe

Les signaux lectriques sont transforms en faisceaux lumineux, vhiculs dans un guide, la fibreoptique , puis transforms de nouveau en signaux lectriques . L'information circulant dans la fibreoptique est gnralement numrique (cas d'un bus) mais peut tre analogique .

Entre

-MODULATEUR

Constitution n'es fibres optiques

Les fibres optiques sont constitues

E0N

m

Fibre optique

Schma de principe d'une liaison optique

----" DMODULATEUR

-

d'un coeur d'indice de rfraction n1 plac dans une gaine optique d'indice derfraction n2 plus faible,-

d'une enveloppe extrieure de protection .

Les rayons lumineux sont guids par le coeur si leur angle d'incidence est suprieur un angle limitedpendant de ri, et n2 .

Les couples de matriaux les plus frquemment utiliss sont : verre/verre, silice/silicone .

n2

n1

Schma de principe d'une fibre optique avec diode laser

Industriellement les fibres optiques sont regroupes et incorpores dans un cble optique assurant larigidit mcanique et la protection contre l'humidit et la lumire.


r

0

numenque a(ou analogique)

mission-Nception

Avantages-inconvnients

d - Liaisons par ondes radio

Principe

Exemples

Avantages - Inconvnients

25

La transformation des signaux lectriques en faisceaux lumineux est ralise, aprs modulation, parune source Lumineuse .

Les fibres optiques prsentant des minima d'attnuation certaines longueurs d'ondes, l'missionlumineuse s'effectue par un metteur optique mettant ces longueurs d'ondes .

On utilise gnralement les diodes Laser prsentant un rayonnement trs directif (6 8)

Longueurs d'onde

: A = 1,3 1,6 pmDbit

: jusqu' 5 G.Baud (5 x 109 Bauds)

A la rception, on utilise des photo diodes qui dlivrent un signal lectrique dpendant de laquantit de lumire reue.

Par rapport aux bus pour signaux lectriques, les fibres optiques prsentent les avantages et lesinconvnients suivants

rduction de taille et de poids,insensibilit aux parasites lectriques et lectromagntiques sauf aux rayons ionisants,parfaite scurit en zone explosive,impossibilit de transmission de puissance,matriel nouveau et prix encore un peu lev,technologie labore des systmes de raccordement aux metteurs-rcepteurs et deconnexion bout bout entre fibres .

Les messages binaires, aprs conversion dans un modem, sont transmis par ondes hertziennes entreun metteur et un rcepteur distants parfois de plusieurs dizaines de kilomtres .

-

plate-forme en mer et salle de contrle terre-

capteurs et actionneurs rpartis dans la nature et salle de contrle unique trs loigne

Dans ce systme, la transmission du message est base sur un codage binaire port par un signalhertzien modulation d'amplitude ou de frquence .

Le 0 logique correspond une impulsion troite et le 1 logique correspond une impulsion large .

Un intervalle de dure toujours gale spare chaque message binaire de ses voisins .

Les ondes hertziennes sont propagation multidirectionnelle et donc capables de franchir lesobstacles non mtalliques.

Toutefois cet avantage peut crer des interfrences et entraner des anomalies de fonctionnement.

On y remdie en limitant gnralement la porte de l'metteur ce qui ncessite d'installer des stationsde rptition intermdiaires pour la transmission sur longue distance .


26

4 -

AVANTAGES-INCONVNIENTS DES BOUCLES "NUMRIQUES"Avantages

Inconvnients

b - Boucle nurr'rique

Signaux peu sensibles aux perturbations et dont la prcision ne se dgrade pas lorsd'une communication .Le bit reprsent par une suite d'impulsions ne dpend pas de la dimension de cesimpulsions . Mme affaibli, le bit transmis reste le mme.Signaux directement utilisables dans un calculateur ou un SNCC,Trs grandes possibilits de configuration (chelle, zro, units, etc.) et facilit dedialogue avec les instruments numriques tels que transmetteurs,Nouvelles fonctions (ex : PID auto-adaptatif) irralisables en analogique,Possibilit de connecter plusieurs appareils sur la mme liaison numrique, ce quipermet de rduire les cots de cblage et d'installation .

Normalisation des liaisons (bus, protocole) en cours et donc trs imparfaite, ce qui posedes problmes de compatibilit entre appareils de constructeurs diffrents,Actuellement, boucles en gnral hybrides (analogique - numrique),Ncessite des comptences nouvelles pour l'utilisateur.5 -

DIFFRENTS TYPES DE BOUCLES NUMRIQUESa - Boucle hybride analogique-numrique

La planche n 1 en annexe illustre une boucle numrique d'acquisition de mesures (niveau parpalpeur, pression, temprature, contacteurs de niveaux) sur des rservoirs de stockage .La planche n 2 en annexe montre un systme numrique de contrle-commande avec liaison radio.


UN ITLOCAL TECHNIQUE

Appareils I Liaisons BJ Liaisons Bornier Convertisseur Bornier Chssisd'entre calculateur calcul BNIM 5 TDCBNCA 5 v 17 - Ii (`)+ 105

F035.5

I

16FC512 R 23 BRC 52 R 41 BRC 52I

i I

-' 2~ I rc 32oaI ~ I .,a~ .. II

~ I I I

~i_J I L IO dt~~Sil2

II

c,

16FC512 R 30 I

T I 1 11Qi127

91_

II I~ .J

I I`

I ' ~-L

- 27

VII -

BOUCLES TOUT OU RIEN

Les boucles Tout Ou Rien concernent les capteurs TOR (contacteurs de niveau, de pression, etc .) et lesactionneurs TOR (lectrovannes, relais, etc.) .

Deux types de boucles sont utiliss

Contacteur de pression

-

les boucles manque d'nergie ou scurit positive,-

les boucles mission d'nergie ou scurit passive .

1 -

LES BOUCLES A MANQUE D'NERGIE

La boucle TOR manque est en permanence parcourue par un courant quand il n'y a pas dfaut .

En cas d'anomalie il y a ouverture d'un contact.

La cause de l'anomalie peut tre

Alimentation

Exemple de boucle TOR manque, sans dfaut du capteur.

un dclenchement du contacteur d un problme procd ou une dfaillance del'appareil,une rupture du cble de liaison,un dfaut de connexion dans une boite de jonction .

Ce montage signale toute anomalie due une coupure de la boucle ce qui peut donc entraner desdclenchements intempestifs (rupture de liaison, mauvais contacts, . . . ), mais n'en laisse passeraucune .

2 -

LES BOUCLES TOR A MISSION D'NERGIE

La boucle TOR mission d'nergie est hors tension quand il n'y a pas dfaut .

En cas d'anomalie il y a fermeture d'un contact.


Relais ouentre automateou carted'acquisition SNCC

La cause de l'anomalie peut tre

3 -

EXEMPLE DIE BOUCLE TOR

2s

SALLEDE CONTHOLE - LOCAL TECHNIQUE

Alimentation

Exemple de boucle TOR mission, sans dfaut du capteur

la fermeture du circuit suite un problme procd,un court circuit sur la boucle (assez rare) .

Ce montage est inoprant en cas de coupure sur la boucle (fusible, bornier, cble de liaison, etc j,aucune information ou action n'est transmise ou excute .

Les boucles T'OR manque d'nergie sont donc prfres dans la plupart des cas .


Relais ouentre automa eou carted'acquisition S CC

m

0Q

0

a)0UC

BOUCLE

U RIQUE D'ACQUISITION DE MESURE

- 7L_F

7L

- Planche 1 -

c a)a)

o --a)CD c cNnc ~ ~ c a) a)tL N U UT Q -OCO O N O

N ~ E

u)

.O 'g

2 C_

FORMATION.-_ INDUSTRIE

LMMS(Local monitoring& maintenancesubsystem

Salle de contrle

MODEM

ARCHITECTURE DUN SYSTME NUMRIQUEDE CONTRLE-COMMANDE AVEC LIAISONS RADIO

metteur-rcepteurradio

RELAIS)RADIO

Emetteur-rcepteurradio

MODEM

- Planche 2 -

PLATE-FORME

Imprimante

Imprimanted'alarme

d'alarme

enspmFORMATIONINDUSTRIE



INSTRUMENTATION-RGULATION-AUTOMATISMES

SYSTEMES NUMERIQUES DE CONTROLE COMMANDE

I

STRUCTURE GENERALE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

II -

BOUCLE DE REGULATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

111 -

UNITE DE TRAITEMENT A MICROPROCESSEUR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

IV - VUE DE CONDUITE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 5


STRUCTURE GENERALE

Les Systmes Numriques de Contrle Commande (S .N.C.C .) ont pris leur essor dans les annes

1970 avec la baisse du prix des microprocesseurs (la prsentation des premiers systmes date de

1975) ; celle-ci a permis, par utilisation de plusieurs units de traitement microprocesseurs, de

disposer d'une grande puissance de traitement rpartie en sous-ensembles Indpendants,fournis, pour chacun d'entre eux, avec un certain nombre de fonctions ; ces fonctions,

lmentaires au dpart (rgulation PID, et/ou, acquisition, . . .) sont devenues au cours du temps

de plus en plus labores ce qui a largement augment les possibilits offertes par les systmes .

La structure gnrale d'un S .N .C .C . est reprsente ci-dessous .

CONSOLES

ARMOIREde

contrle

CAPTEURSET

ACTIONNEURS

CALCULATEURDE

SUPERVISION

PORT DECOMMUNICATION

ARMOIREde

contrle


CONSOLECALCULATEUR

PERIPHERIQUES- imprimante- vidocopieur- disque dur

AUTOMATESprogrammables

CAPTEURSET

ACTIONNEURSTout Ou Rien

1 Armoires1 de rgulation

Celui-ci est compos

de plusieurs sous-ensembles microprocesseurs assurant chacun une partie dutraitement et dot des E/S industrielles ncessaires pour, essentiellement, la rgulationcontinue et les squences d'opration .

de priphriques de dialogues permettant

-

le suivi de la marche des units sur crans vidos couleurs-

la commande par claviers des actionneurs (vannes, moteurs lectriques, . . .)de modules complmentaires permettent

Armoiresde rgulation

ATELIERSDE PRODUCTION

la ralisation d'historiquesl'optimisation par supervision des boucles de rgulation de basela mise en scurit (automate programmable)la sortie de journaux (imprimante)l'archivage (disques magntiques)

d'un cble appel bus faisant la liaison entre les lments prcdents, et dont la longueurpermet leur dissmination dans l'usine

-

armoires de contrles prs des units de fabrication-

priphriques de dialogue et modules complmentaires en salle de contrle

STOCKAGE IMATIERES PREMIERES

I

Implantation des diffrents lments d'un SNCC

-

0 1997 ENSPM Formation Industrie

-_ .I Armoires (_de rgulation I

Bus de donnes

I

jI STOCKAGE1

PRODUITS FINIS

I1

1I

D

Armoiresde rgulation

J/M

II -

BOUCLE DE REGULATION

Actuellement la plupart des transmetteurs, ( l'exception de ceux dits "intelligents") et latotalit des organes de rglages fonctionnent avec des signaux analogiques .

Seuls quelques systmes d'acquisition de donnes sur des capacits de stockage (niveaux,tempratures, densit, etc . . .) fonctionnent entirement en numrique.

Au niveau d'une boucle simple de rgulation non pilote par calculateur, la diffrenceessentielle entre la rgulation analogique "classique" et la rgulation par S.N.C .C . concernedonc essentiellement le rgulateur

En rgulation analogique "classique" le rgulateur, situ gnralement en tableau dansla salle de contrle, est une entit . II pilote une seule boucle

-

sa consigne est fixe localement par l'utilisateur-

mesure, consigne et signal de sortie sont visibles sur la face avant

BRIDESPORTE-ORIFICE


Boucle de rgulation analogique "classique"

P CONVERTISSEURL_ckensi .i: -P"cesswm

o,2-1 barOIL

3-is PSI

-

IMAI. Nun SEC

II 52dzCtLoit Moc

Id COrt.bt5iz

III Si.C'Tttl1.~ 4_20mA

En rgulation par S.N.C.C . le rgulateur est une carte lectronique d'une armoire dergulation situe dans un local technique. II pilote plusieurs boucles

ARMOIREDE REGULATION

sa consigne est fixe partir d'une console situe en salle de contrle, dans unautre lieu gographiquemesure, consigne et signai de sortie sont visibles sur l'cran de la console

ARMOIRE DE REGULATIONDANS LOCAL TECHNIQUE

t

CAPTEUR

4-20ni A

-

Oc 1997 ENSPM Formation Industrie

rzeszr re- -~

~sfy~az

ORGANE DE REGLAGE

Boucle de rgulation pilote par S.N.C.C .

,ole et .usascorLSOZe e.,r-

~Qflioii

roi

au .. .. ....ia,e _~

F= T

.sa,Lza- de corzfx6Ze

axjwls

RACK REGULATEURS

ORGANEDE REGLAGE

Armoire et carte de rgulation de S.N.C.C.

CONSOLE EN SALLEDE CONTROLE

X Lnkexpazes~~'~ues

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CARTE

D

bt/MIII- UNITEDE TRAITEMENT A MICROPROCESSEUR

I CAPTEURS I_I

IINDUSTRIELSI

Utilis dans les diffrents lments du S .N .C .C ., l'unit de traitement microprocesseur l'esten particulier dans les diffrentes armoires de contrle ; c'est un systme programmable quicomprend les lments suivants

BUS SYSTEMEredondant

Fonctionnement

" Le processeur ralise successivement les fonctions lmentaires suivantes

IV - VUE DE CONDUITE

Ce sont essentiellement

un interface d'entre A/N des signaux venant des capteursle microprocesseur proprement dit, ensemble de circuits intgrs capabled'effectuer des oprations lmentaires x, de la lecture, del'criture, de la logique : ET, OU, >,

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INTRODUCTION U SYSTEMS DETRAITEMENT ET REINJECTION DU GAZ

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UT DU PRO

PUITS DE PRODUCTIOSYSTE E DE COLLECTEUSINE

RESSION (2 TRAINS)TI ITES ET CENTRALE ELECTRIQUE

STOCKAGE ET STATION DE POMPAGETEL ETRIE

CATCHERENT (2 TRAINS)

ESHYDRATATIONTURBO EXPANDEURSEPARATION GPL ET CONDENSAT

LIGNE D'EVACUATISYSTEMS DE DESSERTEPUITS DE REINJECTIONBASE INDUSTRIELLEBASE DE VIE

C;TERISTIQUES PARTICUL

1 . REFROIDISSEMENTTURBOEXPANDER + JOULES THOMSON VALVE

2. INJECTION DU GPLPOSSIBILfTE DE REINJECTER DANS LE GAZ SEC

3. FLUIDE CHUILE CHAUDE

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4 .. TURBO -CONUOVO PI33NONE TG HEAVY DUTY (F

5 .. TORCHESUNE PAR TRAIN + UNE POUR

STATION DE COMPRESSION

6 .. SYSTENAE DE CONTROLSALLE DE CONTROL COMMUNE DCS ET TELEMETRIE POUR LE PUITS

7. CORROSIONRISQUE EILEVE AVANT LA DESHYDRATATION

E 5 ET FRAME 3)

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FORMATIONINDUSTRIE


I

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CAPTEURS DE PRESSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

.

.

. . . . . . . . . .

.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1


INSTRUMENTATION-RGULATION-AUTOMATISMES

CAPTEURS

Capteurs de pression pour lecture locale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1Appareils pourtransmission de pression . . .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4Pressostats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5Protections des capteurs de pression . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ., . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Il-

CAPTEURS DE TEMPRATURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101 - Thermomtre dilatation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102 - Capteurs de temprature principe de mesure lectrique . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . " . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 - Contacteurs de temprature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .174 - Mesure des temprature dans les stockage . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

III -

CAPTEURS DE DBIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 - Mesure des dbits par organe dprimogne . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 - Autres principes de mesure de dbit . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 - Dbitmtre effet Vortex ., . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 - Compteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

IV -

CAPTEURS DE NIVEAU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

1 - Indication locale des niveaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 332 - Appareils pour transmission distance . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 - Contacteurs de niveau . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 - Mesure de niveau dans les stockages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Ce document comporte 44 pages

1994 ENSPM-Formation Industrie

b (;~k-2a

I -

CAPTEURS DE PRESSION

1 - CAPTEURS DE PRESSION POUR LECTURE LOCALEa - Manomtres hydrostatiquesLe fonctionnement de ces manomtres, bas sur le principe de l'hydrostatique est illustrpar le schma ci-dessous .

PAtm

Liquide de masse ;volumique pou de densit d

Manomtre au repos

AP mesurer

PAtm

La branche de droite tant relie l'atmosphre, toute surpression ou dpressionapplique la branche de gauche produit une dnivellation entre les deux surfaces libresdu liquide. La masse volumique du liquide tant connue (p en kg/m3 ), AP et H sont relispar .

AP =pxHx9,8OP en pascalH

en mtrep

en kg/m3

b - Manomtres mtalliques

ou AP - 10.2

OP en barh

en mtred

densit du liquide

Ce type de manomtre qui par principe indique une pression relative est utilis pourmesurer de faibles carts avec la pression atmosphrique et fait appel des liquides dediffrentes natures

de l'eau pour mesurer les dpressions de four ou les surpressions dechaudireOP de quelques mm d'eau (1 mm d'eau = 10 Pa = 1 daPa) .ou du mercure pour l'utilisation au laboratoire en contrle de qualit (mesurede la TV Reid sur un supercarburant) ou en talonnage d'appareil de mesure

La plupart des manomtres mtalliques mesurent la diffrence de pression qui existe entrel'intrieure d'une enceinte et l'atmosphre . Ils indiquent donc des pressions ou des videsrelatifs .

Le manomtre mtallique le plus rpandu dans l'industrie est le manomtre tube deBOURDON. Toutefois, dans le . domaine des faibles pressions (de quelques millibars quelques dizaines de bar), il est courant d'utiliser d'autres manomtres mtalliques ol'lment sensible peut tre

une membraneun soufflet associ un ressort ou une lame d'acierune ou plusieurs capsules prsentant une certaine lasticit


Certains manomtres peuvent galement tre employs pour mesurer des diffrences depression entre deux points d'une installation, ce sont les manomtres diffrentiels ." Manomtres tube de BOURDON

" Manomtres soufflet et ressort

Pression mesurer

" Manomtres soufflet et lame d'acier

Le principe de ce manomtre, illustrpar le schma ci-contre est analogueau dispositif prcdent, mais leressort est remplac par une lamed'acier.

Aiguille indicatrice


Systmepignon-crmaillre

Pression mesurer

La pression mesurer est introduite dans un

tube creux en forme de c de section ovale,appel tube de BOURDON. Ce tube est en mtal de nature approprie aux conditions deservice (bronze, acier, monel) et tend se redresser lorsqu'on lui applique une pressionintrieure suprieure la pression atmosphrique .

Sous l'influence de lapression, le soufflet seul aucombin un ressort sedforme et vient comprimerle ressort, comme le montrela figure ci-dessous .

Dformation de la lamesous l'effet de la pression

" Manomtres membrane

Sous l'effet de la pression la membrane se dforme et trouve une nouvelle positiond'quilibre qui n'est fonction que de la pression reue . La mesure de la dformation de lamembrane permet ainsi de connatre la valeur de la pression .

Systmede transmissionde lia mesure

Membrane

t Pression mesurerCes manomtres sont utiliss gnralement pour mesurer de faibles pressions .

., Manomtres diffrentiels membrane

Le principe de ces manomtres consiste introduire de part et d'autre d'une membrane lapression dont on dsire mesurer la diffrence .


Manomtres diffrentiels cellule BARTON

Le montage de deux soufflets S1 et S2 en opposition forme une chambre tanche remplied'huile . Les extrmits mobiles de ces soufflets sont relies par une tige rigide . Cette tigede liaison entrane en rotation un axe de sortie rendue tanche au moyen d'un tube detorsion . Les clapets C1 et C2 se ferment lorsque la pression est suprieure l'tendue demesure .

2 -

APPAREILS POUR TRANSMISSION DE PRESSION

La plupart des appareils permettant la transmission distance d'une pression ou d'unediffrence de pression utilisent comme lment sensible une membrane.

a - Transmetteurs de pression

" Principe de fonctionnement

PARTIETRANSMETTEUR

CAPTEURCELLULE

DEMESURE

Canal de drivation -1

1

Ressort tendue de mesureLevier de transmission

pour l'amortissement

Articulationtanche

P,t

13oitier

Membrane de mesurede surfaces

e 1994 ENSPM-Formation Industrie

Dispositif de mesure de Fet de transmission

r - - -i. Signal de sortie fonction de AP

~P - P2 - Pl(avec P2 > Pt)'IP : Pression diffrentielle

PFA

3- PRESSOSTATS

les pressions P 1 et P2 sont introduites de part et d'autre de la membrane demesure . ventuellement P 1 est la pression atmosphrique, P

2 est alorsmesure en pression relative . L'appareil mesure la diffrence (

BP) entre P 2 etP1 .

la membrane est soumise une force F due la diffrence de pression A

Pagissant sur sa surface S

un levier articul de manire tanche sur le botier transmet la force F undispositif de mesure lectronique ou pneumatique qui labore et transmet unsignal de sortie proportionnel la force F et donc la pression diffrentielleAP. Ce signal de sortie peut tre transmis distance jusqu'en salle decontrle .

L'ensemble de l'appareil est appel transmetteur de pression diffrentielle balance deforce .

b - Capteurs de pression lectrique

De plus en plus souvent, l'utilisation de capteurs lectriques s'avre utile, par exemple pourla mesure de fortes pressions, ou la dtermination de pics de pression . Ces capteurs seprsentent souvent sous la mme forme mais font appel des principes diffrents . On peutciter principalement

les capteurs variation de rsistanceles capteurs pizo-lectriquesles capteurs capacitifs

F=AP x S

Qu'il soit simple ou diffrentiel, un pressostat est un organe de contrle fonctionnant entout ou rien qui peut tre utilis

soit comme simple alarme sonore ou visuellesoit comme organe de mise en scurit sur une machine (compresseur. . .) ousur une installation (racteur, colonne, . . .)soit comme organe de rglage, ouverture et fermeture automatique desclapets d'aspiration sur un compresseur alternatif d'air instrument par exemple,

L'action de commande peut provenir aussi bien d'une pression que d'une diffrentielle depression, haute ou basse .

Quelques exemples de pressostats couramment utiliss, sont prsents ci-aprs .


" Pressostat diffrentiel membrane

La pression diffrentielle contrler est applique une membrane dont la variation dehauteur agit sur un levier pivotant . Lorsqu'elle devient suffisante pour combattre l'action duressort, le mouvement du levier provoque le basculement du contacteur mercure et celui-civient tablir le contact lectrique . La tension du ressort est rglable pour permettrel'ajustement du point de consigne.

" Pressostat simple soufflet avec rglage d'cart

Ce pressostat est quip d'un dispositif de rglage d'cart . L'cart fixant la pressionminimale laquelle il est ncessaire de descendre pour provoquer le basculement inversedu contact mercure .

Pressostat avec sparateur

Contacteur diffrentiel soufflet membrane

dans botier antidflagrant


Document DANFOSS

disque de rglage

Echelle de plage


Pressostat de pression diffrentielle soufflets

Pressostat simple souffletavec rglage d'cart

Bouton de rglage manuelEchelle de plageRouleau de diffrentiel

4 -

PROTECTIONS DES CAPTEURS DE PRESSION

a - Protections contre les vibrations

Pour viter une fatigue anormale, le manomtre doit, autant que possible, tre isol desvibrations . Ceci peut tre ralis

Capacitde protection

Support fixeI

Dispositifs de protectioncontre les vibrations

b - Protections contre les produits agressifs

En prsence d'un fluide sale, corrosif ou cristallisant une sparation du fluide mesurer etde l'instrument de mesure peut s'avrer ncessaire pour assurer la protection del'instrument . Les raisons de cette isolation peuvent tre dues

un fluide trs visqueux un fluide extrmement corrosif un fluide contenant des particules solides un fluide qui tend se cristalliser

La sparation du procd et de l'instrument de mesure peut tre ralise de diffrentesmanires, par exemple

-

par un volume de gaz tampon-

par une membrane sparatrice-oud'autres dispositifs similaires

Schma de principe d'unSparateur volume de gaz tampon

sparateur membrane


-soitpart une installation surun support fixe avec liaison la tuyauterie par tubeflexible

- soit par un remplissage dubotier par un fluide appropri,par exemple : bain d'huile

vuFeun

c; - Protections contre les produits chauds

En prsence de vapeur d'eau ou d'un liquide chaud, le produit doit tre refroidi dans unecapacit tampon ou dans la tuyauterie de liaison dont la longueur est suffisante pourassurer une dissipation thermique compatible avec le fonctionnement du manomtre .

ecuL

vapeun vupeunDispositifs de protection par siphon sur de la vapeur

d - Protections contre les pulsations

Prise --du manomtre

Amortisseur de pulsations


2CUL

Si le circuit est soumis des pulsations (refoulement de pompes alternatives par exemple)diffrents dispositifs peut tre mis en uvre pour les diminuer

utilisation de capacits anti-puisatoiresmise en place d'un robinet ou d'un systme d'tranglement section variable,plac avant l'entre du manomtre

II - CAPTEURS DE TEMPRATURE

1 -

THERMOMETRE DILATATION

10

a - Thermomtre dilatation d'un bilame

- Sur ce,type de thermomtre, . l'lment de: mesure-est une lame . compose de deux mtauxaux coefficients de dilatation diffrents et lamins de faon insparable pour former unbilame .

Sous l'influence d'une lvation de temprature, les deux mtaux se dilatent diffremmentet le bilame s'incurve du ct du mtal ayant le plus faible coefficient de dilatation, commele montre le schma ci-dessous .

Forme en spirale

Forme hlicode

Forme mufihlicodale


b - Thermomtre dilatation de liquide

Placs dans des puits thermomtriques ces thermomtres permettent d'effectuer desmesures de temprature lors de circonstances exceptionnelles (tests d'appareils,dfaillance d'autres systmes de mesure, etc, . . . ) . L'indication de l'appareil dpendbeaucoup de sa disposition (colonne mergente, puis rempli d'huile ou non) et il faut segarder d'autre part de toute erreur de parallaxe .

Thermomtre dilatation de liquide en verre pour machine


Les thermomtres dilatation de liquides industriels peuvent se prsenter galement sousla forme suivante

Cadran

Aiguilleindicateur

1 2

Spirale dilatable

2 -

CAPTEURS DE TEMPRATURE A PRINCIPE DE MESURE LECTRIQUE

La mesure lectrique des tempratures s'effectue le plus souvent, soit au moyen dethermocouples, soit au moyen de rsistances thermomtriques. 90 % 95 % desmesures de tempratures industrielles s'effectuent par l'intermdiaire de thermocouples.

a - LES THERMOCOUPLES

" Principe

Un thermocouple se prsente sous le forme de deux fils conducteurs a et b constitus demtaux ou d'alliages de mtaux diffrents qui forment un circuit ferm par soudage desdeux extrmits .

Les deux soudures sont dites

-

soudure chaude pour le point de mesure-

soudure froide pour la soudure de rfrence

Mouvement del'aiguille

bt.

i


J

13

Si les deux soudures sont soumises des tempratures diffrentes, ce circuit estparcouru par un faible courant lectrique correspondant la naissance d'une diffrence depotentiel entre les deux soudures ; celle-ci peut tre mesure l'aide d'un millivoltmtre .

La valeur de cette tension dpend de la diffrence de temprature entre les deuxsoudures et de la nature des mtaux mis en prsence . Si la temprature de rfrence estconnue, la mesure de la tension permet d'avoir accs la temprature mesure .

Exemple de boucle de mesure


Unit de rfrence

Cblecuivre

" Matriaux utiliss pour la fabrication des thermocouples

1 4

Thermocouples au platine

Thermocouples standard

La page suivante donne les courbes d'talonnage de diffrents couples .

" Ralisation des thermocouples et montage

Dtail thermocouple emperl


*intermittent

Dsignationinternationale

Matriauconducteur

chelle detemprature (C) nominale

R Pt-13% Rh (+) 0 + 1600PT (-)

S Pt-10% Rh (+) 0 + 1550Pt (-)

B Pt-30% Rh (+) +100 + 1600Pt-6% Rh (-) + 1750`

Thermocouple

"Montage d'un thermocouple

1 5

Gaine

isolation minrale

Dtail thermocoupie chemis


La figure ci-dessous donne le principe de montage d'un thermocouple .

Pour ces deux types de thermocouples, la soudure froide est constitue par l'appareil demesure de la diffrence de potentiel qui se trouve en salle de contrle, parfois trs loin dupoint de mesure . La liaison thermocouple-salle de contrle est alors ralise par des cblesde compensation ou des cbles d'extension.

Les cbles de compensation sont des conducteurs raliss dans des matriaux denature diffrente de celle du thermocouple, mais possdant les mmes caractristiquesthermolectriques dans une plage rduite de temprature.

Les cbles d'extension sont des conducteurs de mme nature que les lments du couplethermolectrique, ce qui explique un prix de revient plus lev.

15bis

- Planche 1 -

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b - Les thermo rsistances

" Principe

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La rsistance que prsente un conducteur lectrique vis vis d'un courant lectrique est . ;,fonction de la temprature . En effet, sous l'influence d'une augmentation de temprature-ce qui conduit une augmentation de sa rsistance . Si''le rapport est prvisible, rgulier et stable, ce phnomne peut tre utilis comme moyendie mesure d'une temprature .

" Constitution et caractristiques des thermorsistantes

De part ses caractristiques thermomtriques, le platine a t choisi pour la ralisation dessondes de temprature . Ces sondes appeles PT100 prsentent une rsistance de 100 S2 zro degr Celcius .

Fil deplatine

Sonde rsistance

L'lment sensible est constitu par un fil de platine formant une rsistance enroule etdispose l'intrieur d'une gaine identique celle utilise pour les thermocouples comme lemontre les figures ci-dessous .

Gaine de protection pour lment rsistif


3-

CONTACTEURS DE TEMPRATURE

1 7

D'autres appareils sont capables de reprer un niveau de temprature . II s'agit descontacteurs de temprature ou thermostats .

Pour les appareils de mesure lectriques, le seuil de temprature de dclenchement duthermostat correspond un seuil d'intensit lectrique ou de force lectro-motrice qu'undispositif appropri permet de dtecter.

Les appareils locaux quant eux sont le plus souvent du type bulbe sensible + capillairesur soufflet ou membrane .

Bulbede la tempratureinfrieure (LT)

Bouton de rglage

Bulbe de la tempraturesuprieure (HT)

Thermostat diffrentiel

thermostat simple

Documentation DANFOSS

4 -

MESURE DE TEMPRATURE DANS LES STOCKAGES

- Mesure ponctuelle par puits thermomtrique et thermocouple ou sonde rsistance

- Mesure de temprature moyenne 3 points

- Mesure de temprature moyenne rsistances multiples


SONDE DE TEMPRATURE MOYENNE POUR BAC DP STOCKAGE TOT FLOTTANT

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1 8

Mesura en 3 points : TR(TEMP - ENRAF NONIUS

1994 ENSPM-formation Industrie

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SONDE TEMPRATURE MOYENNE POUR SAC DE STOCKAGE TOIT FIXE

18bis

Mesure en 3 points : TRITEMP - ENRAF NONIUS

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SONDES DE TEMPRATURE MOYENNE RSISTANCES MULTIPLES

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III -

CAPTEURS DE DBIT

1 -

INESURE DES DEBITS PAR ORGANE DEPRIMOGENEC'est la mthode la plus rpandue pour mesurer un dbit de fluide dans une unit defabrication industrielle .

ai - Principe

Ce type de mesure consiste introduire dans une tuyauterie une plaque munie d'un orificecentral . Au passage de la plaque les filets de fluide se rapprochent, ce qui provoque la miseen vitesse du fluide, et par consquent une variation de la pression statique commel'indique la figure ci-dessous .

Avec :

Q dbit de fluide .

20

Manomtres donnant la pression au sein du liquideINV11111 N~ffim.

emo ePlaque orifice

Allure

(organe dprimogne)de la pression ,,

statique

dP chute de pression lors de la traverse de l'orifice .

k coefficient de dbit .


vitesse du fluide~H

Manomtre en U

Perte de chargerelle orificeY

La chute de pression statique au travers de l'organe dprimogne dpend du dbit defluide . Cette chute de pression, ou diffrence de pression de part et d'autre de l'orifice, peuttre facilement mesure et est relie au dbit par fa relation suivante

Le coefficient de dbit k dpend d'un certain nombre de paramtres qui sont

les units utilises pour le dbit (t/h, m3/h, I/s, etc . . . ), pour la dP (mm Hg, bar,Pa, etc . . . ) .

la gomtrie de l'installation (diamtre de la ligne, forme de l'organedprimogne, etc . . .) .

la nature du fluide (viscosit, densit, liquide ou gaz) .

la temprature, la pression lorsqu'on vhicule un gaz (fluide compressible) .

b - Organes deprimogenes

Plusieurs types d'organes dprimognes peuvent tre rencontrs

Les

les diaphragmes ou plaques orifice qui reprsentent utilisationsles tuyresles venturisles venturi-tuyres

principaux types de montages sont schmatiss ci dessous

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-,.I-Venturi-tuyre longou non tronqu

21

Diaphragme

Tuyre

Venturi

Venturi-tuyre courtou tronqu

Les systmes les plus utilises permettent la transmission de l'information distance . Leurstendues de mesure s'expriment gnralement en mm d'eau et sont comprises entre 500 et5000 mm H2O soit 0.05 0.5 bar .

-


peu prs 95% des

" Les plaques orifice

Prises de pression

La plaque orifice comporte une "queue" permettant l'identification de l'orifice (indicationscot amont) .

" Tuyres et venturis

Plaque orifice

22

-

n d'identification-

diamtre de la tuyauterie-

diamtre de l'orifice-

nature du mtal de construction

Ce sont des dispositifs de formes plus complexes mais qui prsentent une plus faible pertede charge sensibilit quivalente. Ces appareils sont bien adapts la mesure de grandsdbits gazeux sous faible pression .

Tuyres

Venturi

Montage AFNOR


c - Montage

Les deux prises de pression situes en amont et en aval de l'organe dprimogne sont leplus souvent relies aux piqua

cours instrumentations industrielles.pdf

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