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1 - REPRÉSENTATION D'UN PROCÉDÉ ET TERMINOLOGIE

2 - MODULATION DE PUISSANCE

3 - RÉGULATEURS

4 - TECHNIQUES DE RÉGULATION

5 - MÉTHODES DE RÉGLAGE

6 - GESTION ET CONDUITE HIÉRARCHISÉES

| Réf : BE9590 v1

Régulateurs
Automatisme et régulation des équipements thermiques

Auteur(s) : Jean-François BOURGEOIS

Date de publication : 10 juil. 1998

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Auteur(s)

  • Jean-François BOURGEOIS : Ingénieur-Chercheur à la Direction des Études et Recherches d’Électricité de France (Groupe Effet Joule)

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INTRODUCTION

es techniques de l’automatique ne sont pas seulement un moyen de commander des processus mais aussi un moyen de réduire les pertes de production, d’augmenter la qualité et la quantité des produits, d’augmenter la disponibilité des unités et de diminuer les coûts marginaux de production.

Un automatisme bien pensé, surtout si son étude intervient en amont de la conception des unités de production, aura une implication économique importante. L’automatisme et la régulation des équipements thermiques tels que les fours, étuves, enceintes climatiques, chaudières... s’inscrit bien dans ce cadre. La régulation des procédés thermiques regroupe l’ensemble des moyens matériels et techniques mis en œuvre pour maintenir une grandeur physique à régler, égale à une valeur désirée, appelée consigne. Lorsque des perturbations ou des changements de consigne se produisent, la régulation provoque une action correctrice sur une grandeur physique du procédé, appelée grandeur réglante (ou commande)

Dans cet article, on s'intéressera aux moyens matériels et techniques de mise en œuvre de la régulation. Les techniques décrites sont universelles et peuvent s'appliquer à tout procédé.

Les régulateurs PID (Proportionnel, Intégral, Dérivé) sont très répandus et conviennent dans environ 80 % des boucles de régulation. Pour les 20 % restant, il est nécessaire d'avoir recours à des régulations de type avancé pour lesquelles une modélisation du procédé est indispensable. Les régulateurs PID se présentent soit sous la forme d'un boîtier autonome (régulateur de tableau) qui se fixe en face avant d'une armoire de contrôle-commande, soit programmés dans un automate ou dans un calculateur industriel. Les régulateurs de type avancé sont en général programmés sur calculateur industriel équipé du nombre d'entrées-sorties nécessaire à la commande de l'installation.

Pour la plupart des applications avec PID où les contraintes sur la grandeur réglée ne sont pas fortes (précision faible, temps de montée non critique, dépassement autorisé, etc.), les réglages du régulateur sont à la portée d'un utilisateur n'ayant pas de connaissances particulières en automatique. Il suffit en général de suivre les recommandations du constructeur.

Pour certaines applications où les contraintes sur la grandeur réglée sont fortes (bonne précision, par exemple ± 0,3 sur une échelle de 100, temps de montée le plus court possible et sans dépassement, sensibilité faible aux perturbations, par exemple la température d'un fluide chauffé ne doit pas varier de plus de 2 % autour de la consigne en cas de variations de débit de ± 30% autour du débit nominal), on utilise plusieurs PID en cascade ou en tendance. Mais cette architecture, très souvent onéreuse, engendre généralement une mise en service longue et nécessite l'assistance d'un spécialiste de l'automatique.

Pour les cas que l'on pourrait qualifier de pointus (temps mort important, supérieur à la moitié de la constante de temps principale du procédé, constantes de temps et gain statique variables en fonction des conditions de fonctionnement), une modélisation du procédé s'impose avec régulation de type avancé.

Cette solution est longue et onéreuse car elle nécessite une étude spécifique par un spécialiste de l'automatique, avec développement sur calculateur ou automate ou plus rarement sur des régulateurs de tableau de très haut de gamme.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be9590


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3. Régulateurs

3.1 Types de régulateurs

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3.1.1 Régulateurs purement analogiques

Ce sont les régulateurs mécaniques, pneumatiques, électroniques à base d’amplis opérationnels. Ces techniques, encore très répandues dans l’industrie, tendent à disparaître au profit des techniques numériques.

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3.1.2 Régulateurs numériques de type analogique

Ce sont la plupart des régulateurs de tableau. Ils fonctionnent à fréquence d’échantillonnage élevée (période de 100 à 200 ms) quel que soit le processus. Les algorithmes sont simples (essentiellement des PID) et n’utilisent pas les potentialités des algorithmes avancés de l’automatique. Leur comportement est calqué sur celui des régulateurs analogiques. Cependant, grâce aux microprocesseurs, des fonctions additionnelles (autoréglage, autoadaptatif, autocalibration, autotest, etc.) ont pu être rajoutées par rapport aux régulateurs analogiques.

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3.1.3 Régulateurs purement numériques

Ces régulateurs sont en général mis en œuvre sur calculateur industriel, automate ou régulateur de tableau haut de gamme. La fréquence d’échantillonnage est choisie en fonction de la bande passante du procédé continu. La capacité de calcul permet d’implémenter des algorithmes plus complexes qu’un PID. Le régulateur est évolutif. Changer de stratégie ou le traitement des mesures, revient à modifier le programme contenu en mémoire sans changer le matériel.

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3.2 Fonctionnalités des régulateurs [2]Les régulateurs industriels Fichier produits fournisseurs.

La fonction principale est évidemment la régulation....

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   Les fours industriels à résistances électriques, conception-choix et utilisation.  -  Collection Electra 1989 DOPEE 85 CFE, Service diffusion de la documentation, Espace Elec., CNIT, Les pompes à chaleur dans l’industrie. Les chaudières électriques.

  • (2) -   Les régulateurs industriels Fichier produits fournisseurs.  -  1988 CETIM.

  • (3) - RACHID (A.) -   Systèmes de régulation.  -  411 p. 1996 Masson.

  • (4) - BOURGEOIS (J.F.) -   Panorama sur les techniques actuelles de régulation des fours et des réchauffeurs électriques.  -  100 p. 1993, Note EDF HE 25 W 84 Direction des Études et Recherches.

  • (5) - BHALY -   Boucles de régulation.  -  298 p. 1988 Kirk.

  • (6) - DINDELEUX (D.) -   Technique de la régulation industrielle.  -  175 p....

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