Fiche de révision : Automatisation et régulation industrielle

📋 Plan du Cours

1. Cycle automatisé d’une écluse
2. Capteurs et actionneurs d’écluse
3. Fonctions logiques combinatoires
4. Modélisation des systèmes régulés
5. Caractéristiques dynamiques des procédés
6. Vannes de régulation
7. Régulateurs et sens d’action
8. Réglage des actions PID
9. Calculs de boucles de débit
10. Calculs de boucles de niveau

📖 1. Cycle automatisé d’une écluse

🔑 Notions clés & Définitions

• Écluse : Permet le passage d’un bateau entre un bief amont et un bief aval, dans les deux sens.

★ À maîtriser

📌 Au départ d’un cycle d’écluse, les deux portes sont fermées, les deux feux sont rouges et le niveau d’eau dans l’écluse peut être quelconque.

• 🔄 Le cycle d’écluse enchaîne les étapes suivantes:
  1. Détection du bateau
  2. Mise à niveau de l’écluse
  3. Ouverture de la porte concernée
  4. Entrée ou sortie du bateau
  5. Fermeture de la porte

📌 La fin de l’entrée d’un bateau est détectée lorsque d₁ est à l’état travail et d₂ à l’état repos, tandis que sa sortie est détectée par un front descendant sur d₁.

Compléments

• Les niveaux des biefs restent constants pendant la vidange ou le remplissage de l’écluse, car le volume de l’écluse est négligeable devant celui des biefs.

💡 Astuce mémo

Détection → porte → niveau → feu → passage

📖 2. Capteurs et actionneurs d’écluse

★ À maîtriser

• Les détecteurs surveillent: les boutons amont et aval, la présence du bateau en amont proche de la porte, la présence du bateau en amont éloigné de 5 m de la porte, la présence du bateau en aval proche de la porte, la présence du bateau en aval éloigné de 5 m de la porte, l’état ouvert ou fermé des portes, le niveau d’eau haut ou bas

• Les actionneurs commandent:

  • l’électrovanne amont
  • l’électrovanne aval
  • l’ouverture de la porte amont
  • la fermeture de la porte amont
  • l’ouverture de la porte aval
  • la fermeture de la porte aval

Compléments

• Les feux bistables indiquent à l’équipage s’il peut entrer dans l’écluse ou en sortir, avec un feu rouge ou vert en amont et en aval.

💡 Astuce mémo

Détecteurs = observent ; actionneurs = agissent

📖 3. Fonctions logiques combinatoires

🔑 Notions clés & Définitions

• Automatisme combinatoire : Un automatisme combinatoire associe les sorties aux valeurs instantanées des entrées par une fonction logique.

📝 Points essentiels

• 🔄 La conception d’une commande logique suit:
  1. la construction de la table de vérité
  2. la déduction de l’équation logique
  3. la simplification de l’équation
  4. la représentation par logigramme
  5. la représentation par schéma électrique

📖 4. Modélisation des systèmes régulés

🔑 Notions clés & Définitions

• Régulateur : Un régulateur compare la consigne à la mesure et calcule un signal de commande à partir de leur écart.

📝 Points essentiels

• Une boucle de régulation comporte:
  • un comparateur
  • un correcteur
  • un procédé
  • un capteur-transmetteur
  • une chaîne de retour de la mesure

💡 Astuce mémo

Consigne − mesure → correction → procédé

📖 5. Caractéristiques dynamiques des procédés

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour un système stable du premier ordre sans retard, le gain statique vérifie $K=\frac{\Delta m}{\Delta a}$ et la réponse indicielle s’écrit $m(t)=K\Delta a\left(1-e^{-t/\tau}\right)+m_0$.

• Pour un système stable du premier ordre sans retard, la sortie atteint 63,2 % de sa variation finale à l’instant t égal à la constante de temps τ.

Compléments

• Un système stable du premier ordre avec ou sans retard ne présente pas de point d’inflexion sur sa réponse indicielle.

📖 6. Vannes de régulation

🔑 Notions clés & Définitions

• Hystérésis : Apparaît lorsque la caractéristique statique d’une vanne diffère selon que le signal d’entrée augmente ou diminue.

📝 Points essentiels

• La constante de temps d’une vanne électropneumatique est généralement inférieure à 1 s, tandis que celle d’une vanne électrique est généralement supérieure à 5 s.

📌 Une vanne électropneumatique est privilégiée pour sa rapidité et sa sécurité, tandis qu’une vanne électrique est privilégiée pour sa précision et son suivi.

💡 Astuce mémo

Électropneumatique = rapide et sûre ; électrique = précise et suivie

📖 7. Régulateurs et sens d’action

★ À maîtriser

📌 Le sens d’action du régulateur dépend du signe global des gains de la vanne, du procédé et du capteur afin que la correction réduise l’écart.

Compléments

• L’entrée du régulateur peut représenter une consigne en pourcentage ou une grandeur physique, tandis que sa sortie est souvent un signal compris entre 4 et 20 mA.

📖 8. Réglage des actions PID

📝 Points essentiels

📌 Lorsque la régulation proportionnelle laisse une erreur statique supérieure à 20 %, l’action dérivée peut être testée avec une valeur initiale $T_D=\frac{T_R}{3}$.

📌 Pour un système stable, le réglage initial de l’action intégrale consiste à choisir T₁ du même ordre de grandeur que le temps de réponse ou le temps de montée, puis à l’affiner par tâtonnements.

💡 Astuce mémo

P puis I puis D

📖 9. Calculs de boucles de débit

📝 Points essentiels

• Dans l’exercice de débit, une vanne donne 350 m³/h pour 4 mA et 150 m³/h pour 16 mA, tandis que le débit recherché est 200 m³/h.

• Dans l’exercice de débit, le capteur mesure 8 mA pour 100 m³/h et 18 mA pour 300 m³/h.

📖 10. Calculs de boucles de niveau

★ À maîtriser

• Dans un exercice de niveau, le capteur transforme une hauteur comprise entre 0 et 10 m en un signal compris entre 4 et 20 mA.

• Dans un exercice de niveau, une vanne linéaire fournit 30 m³·h⁻¹ pour 4 mA et 70 m³·h⁻¹ pour 20 mA.

Compléments

• Dans un autre exercice, une vanne linéaire fournit 0 m³·h⁻¹ pour 4 mA et 55 m³·h⁻¹ pour 15 mA.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des vannes de régulation