Régulation Industrielle

Le schéma fonctionnel tente de représenter les relations entre les différentes grandeurs physiques des boucles de régulation. Il sera composé uniquement des éléments suivants :

➢ Des lignes de parcours d'une grandeur physique. Ces ligne représente le parcours d'une grandeur physique de la boucle de régulation :

➢ Des blocs qui représentent un ou plusieurs éléments de la chaîne de régulation qui assure la relation entre deux grandeurs physiques, relation caractérisée par la fonction de transfert. La fonction de transfert permet pour tous types de signaux d’avoir la relation suivante

Τ s = H × e

1.2. Notion Fonction de transfert (transmittance, Schémas blocs)

Chaque système peut être représenté par un schéma bloc liant une grandeur d’entrée  et une grandeur de sortie. La transmittance est le coefficient (ou fonction) par lequel on applique l’entrée pour connaitre la sortie.

1.3.Exemples :

2. Schéma TI

Un schéma tuyauterie et instrumentation (en anglais Piping and instrumentation diagram ou Process and instrumentation diagram, abrégé P&ID) est un diagramme qui définit tous les éléments d'un procédé industriel.

 

Schéma
PI &D	Piping and Instrument Diagram (ISA) C'est ce terme qui est utilisé dans l'industrie.
TI	Tuyauteries et Instrumentation (AFNOR)

2.1.Régulation de température d’un échangeur thermique:

Représentation d’une  régulation de température.

Dans le cas de la figure précédente, le capteur de température, le régulateur et la vanne, représentent le matériel qui permet de réaliser la technique de régulation la plus courante qui est la boucle fermée.

Suivant les procédés et les objectifs à réaliser, il existe une grande variété de matériels et de techniques.

Parmi les matériels:

- Régulateurs monoblocs analogiques et numériques,

- Systèmes numériques de contrôle commande de procédé,

- Opérateurs de calcul arithmétiques et dynamiques

Parmi les techniques:

- Régulation en boucle fermée,

Régulation discontinu, Régulation cascade,

- Régulation mixte ou feedforward,

- Régulation Split range

- Régulation de rapport,

 - Régulation par modèle de référence,

- Régulation multivariable,

- Régulation adaptative.

NOM DE L’INSTRUMENT	FONCTION
Capteur Transmetteur	Elément servant à l’acquisition d’une grandeur physique et à la convertir en un signal standard.
Régulateur Pneumatique ou électrique (CORRECTEUR) Numérique S.N.C.C. / A.P.I Calculateur	Comparaison entre la grandeur réglée et la consigne (calcul de l’écart  ε). Traitement du signal ε par         un algorithme de régulation.
Organe de réglage : Vanne automatique, unité à thyristor moteur…	Action de correction sur la grandeur réglante. Peuvent être commandés directement  par des signaux  standards d’instrumentation ou indirectement par l’intermédiaire d’un convertisseur.
Indicateur.	Fonction de tendance.
Enregistreur.	Fonction de mémorisation
Sommation, multiplication, division, racine carrée intégrateur...	Fonction de calcul
Pressostat, alarme, relais à seuil...	Fonction de sécurité

2.2.Schémas de représentation Schéma TI 

Un schéma tuyauterie et instrumentation (TI) ou P&ID en anglais (Piping and instrumentation diagram,) est un diagramme qui définit tous les éléments d'un procédé industriel. Il est le schéma le plus précis et le plus complet utilisé par les ingénieurs  pour la description d'un procédé

Il se distingue du schéma de procédé par l'ajout des éléments de contrôle, les armatures, les détails sur l'isolation et la protection des installations et la position coordonnées des installations les unes par rapport aux autres.

Les installations ainsi que les vannes et les éléments de contrôle sont décrits par des symboles.

La norme NF E 04-203 définit la représentation symbolique des régulations, mesures et automatisme des processus industriels.

Les instruments utilisés sont représentés par des cercles entourant des lettres définissant la grandeur physique réglée et leur (s) fonction (s). La première lettre définit la grandeur physique réglée, les suivantes la fonction des instruments.

Lettres pour le schéma TI

Première lettre		Les suivantes
Grandeur réglée	Lettre	Fonction	Lettre
Pression	P	Indicateur	I
Température	T	Transmetteur	T
Niveau (Level)	L	Enregistreur (Recorder)	R
Débit (Flow)	F	Régulateur (controller)	C
Analyse	A	Capteur	E
Pression Différentielle	DP
Densité	D

Deux  exemples de schéma complet sont  fournis sur les deux figures suivantes:

Schéma TI Régulateur et  Transmetteur  de débit.

Schéma TI Régulateur Indicateur de Température

2.4.Représentation des signaux:

Représentation des signaux.

2.5. Représentation des appareils de mesure

La représentation des appareils de mesure utilise un cercle, avec indication de la localisation de l'appareil, conforme à la règle suivante:

Représentation des appareils de mesure.

2.5.1. Exemple :

Schéma TI  d’un Transmetteur.

2.6.Représentation des appareils de calcul

La première lettre indique toujours la grandeur réglée. La fonction (2^ème lettre) est ici représentée par Y,  dont Y (en 2^ème lettre) signifie "fonction mathématique" (calcul, conversion.)

Dans le cadre, indiquer la fonction mathématique ou le calcul réalisé Forme générale Remplacer le "point" par la grandeur réglée.

Schéma TI  d’un opérateur mathématique.

On peut trouver dans le cadre les symboles suivants :

Symbole	Fonction
√	Extracteur de racine carrée
∑	Sommateur
I/P	Conversion Intensité - Pression
<	Sélecteur de Minimum
>	Sélecteur de Maximum
∫	Intégrateur
%	Proportion
x	Multiplication
P/I	Conversion  Pression - Intensité

Exemples:  

Schéma TI  d’un convertisseur.

2.6.Présentation des régulateurs :

1^ère lettre : grandeur réglée. En 2^ème ou 3^ème lettre : lettre C (Controller en anglais ; régulateur en français). Eventuellement, I en 2^ème lettre : indicateur (c'est-à-dire présence d'une face avant, d'un "écran").

Exemples:  

 

Schéma TI  d’un régulateur.

2.8. Numérotation des instruments

Les instruments sont numérotés en fonction de la boucle dans laquelle ils sont insérés. Ce numéro est placé dans la partie inférieure du symbole.

Exemple:

La conversion (FY) ci-dessous appartient à la boucle de débit  n°03. Tous les appareils gérant cette même grandeur physique porteront le même numéro

Schéma TI  (Numérotation des instruments)

• Chaque appareil doit être repéré de manière unique sur un site. Il ne doit exister qu'une seule conversion (FY 03) sur le site.

	Grandeur physique mesure première lettre	Fonction des instruments autres lettres
A	Analyse	Alarme
C	Conductivité  électrique	Régulation
D	Masse volumique	Différence
E	Tension, force électromotrice	Elément primaire
F	Débit	Rapport (fraction), ferme
G	Laisse au choix de l’usager	Glace (sans mesure)
H	Commande manuelle	H – haut. Hh – très haut
I	Intensité d’un courant électrique	Indication
L	Niveau (Level)	L – bas. Ll – très bas,
M	Humidité	Moyen intermédiaire
N	Viscosité	Laisse au choix de l’usager
P	Pression ou dépression (vide)	Point d’essai
R	Rayonnement	Enregistrement ou imprimeur
S	Vitesse ou fréquence	Communication, sécurité
T	Température	Transmission
V	Grandeurs mécaniques (vibrations)	Vanne
Z	Position, longueur	Elément de régulation final

Code servant à identifier les fonctions des instruments.

2.8.Représentation des actionneurs et organes de réglage:

 Les actionneurs sont des vannes, des pompes,  des agitateurs (motorisés), des gradateurs, etc.

Représentation des actionneurs et organes de réglage.