CIRA2:Régulation-Instrumentation
1. Généralités...................................................................................................................................................................................................21.1. Définitions..........................................................................................................................................................................................21.2. RégulationouAsservissement..................................................................................................................................................21.3. Lesservomécanismes....................................................................................................................................................................2
2. Principedefonctionnementd’unerégulation..............................................................................................................................22.1. Fonctionnementenboucleouverte(Manuel)....................................................................................................................32.2. Fonctionnementenbouclefermée(Automatique)..........................................................................................................3
3. Schémasdereprésentation..................................................................................................................................................................33.1. SchémaTI...........................................................................................................................................................................................33.1.1. Présentation.............................................................................................................................................................................33.1.2. Leslettres..................................................................................................................................................................................43.1.3. Lessymboles...........................................................................................................................................................................5
3.2. LesschémasTIdebase.................................................................................................................................................................63.3. L’instrumentationdebase...........................................................................................................................................................63.4. Schémafonctionnel........................................................................................................................................................................73.4.1. Présentation.............................................................................................................................................................................73.4.2. DuschémaTiauschémafonctionnel...........................................................................................................................73.4.3. Représentationfonctionnelled'unebouclederégulation..................................................................................8
4. Raccordementsélectriques..................................................................................................................................................................84.1. Letransmetteur...............................................................................................................................................................................84.2. Schémadeprinciped'uneboucledecourant.....................................................................................................................94.3. Générateurourécepteur?..........................................................................................................................................................94.4. Mises-enœuvrepratique.............................................................................................................................................................94.5. Schémadecâblaged’unebouclederégulationdedébit................................................................................................9
1) Introduction
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1. Généralités
1.1. DéfinitionsDéfinition:Larégulationregroupel'ensembledestechniquesutiliséesvisantàcontrôlerunegrandeurphysique.Exemplesdegrandeurphysique:Pression,température,débit,niveau,etc…Ondéfinitaussilesélémentssuivants:
• La grandeur réglée, c'est la grandeur physique que l'on désire contrôler. Elle donne son nom à larégulation.Exemple:unerégulationdetempérature.
• Laconsigne:C'estlavaleurquedoitprendrelagrandeurréglée.• Lagrandeurréglanteestlagrandeurphysiquequiaétéchoisiepourcontrôlerlagrandeurréglée.Elle
n'estgénéralementpasdemêmenaturequelagrandeurréglée.• Lesgrandeursperturbatricessontlesgrandeursphysiquesquiinfluencentlagrandeurréglée.Ellesne
sontgénéralementpasdemêmenaturequelagrandeurréglée.• L'organederéglageestl'élémentquiagitsurlagrandeurréglante.
1.2. RégulationouAsservissement• Dansunerégulation,ons'attacheraàmaintenirconstantelagrandeurrégléed'unsystèmesoumisàdes
perturbations.• Dansunasservissement,lagrandeurrégléedevrasuivrerapidementlesvariationsdelaconsigne.
1.3. LesservomécanismesOnappelleservomécanisme,unsystèmeasservidontlerôleconsisteàamplifierlapuissanceetdontlagrandeurrégléeestunegrandeurmécaniquetelqu'uneffort,uncouple,lapositionoul'unedesesdérivéesparrapportautemps,commelavitesseetl'accélération.
2. Principedefonctionnementd’unerégulation
Sur la représentation simplifiée ci-dessus d’une régulation, on peut noter que pour réguler une grandeurphysique,ilfaut:
• Mesurerlagrandeurrégléeavecuncapteur.• Réfléchirsurl'attitudeàsuivre:c'estlafonctiondurégulateur.Lerégulateurcomparelagrandeurréglée
aveclaconsigneetélaborelesignaldecommande.• Agirsurlagrandeurréglanteparl'intermédiaired'unorganederéglage.
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2.1. Fonctionnementenboucleouverte(Manuel)Onparledefonctionnementenboucleouvertequandc'estl'opérateurquicontrôlel'organederéglage.Cen'estpasunerégulation.Ilestànoterqu’ilfautvérifierlefonctionnementdesonprocédéenboucleouverteavantdepasseràunfonctionnementenbouclefermée.
2.2. Fonctionnementenbouclefermée(Automatique)C'estlefonctionnementnormald'unerégulation.Lerégulateurcomparelamesuredelagrandeurrégléeetlaconsigneetagitenconséquencepourrapprocherlesdeuxvaleurs.
3. Schémasdereprésentation
3.1. SchémaTI
3.1.1. PrésentationLa norme NF E 04-203 définit la représentation symbolique des régulations, mesures et automatismes desprocessusindustriels.Lesinstrumentsutiliséssontreprésentéspardescerclesentourantdeslettresdéfinissantlagrandeurphysique régléeet leur(s) fonction(s).Lapremière lettredéfinit lagrandeurphysique réglée, lessuivanteslafonctiondesinstruments.
Lesparcoursdel’informationsontmatérialisésparuneflèchedontl’alluredépenddusupportdel’information.
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SchémaTId’unerégulationdeniveaudansleballonaveccascadesurledébit:
3.1.2. Leslettres Grandeurphysique Affichage Fonction ComplémentA Analyse Alarme B Combustion(Flamme) C Conductivité(ouautre) Régulateur D MasseVolumique(ouautre) DifférenceE Tension Élémentprimaire F Débit Proportion
G (libre) àglace H Commandemanuelle HautI Courantélectrique Indicateur J Puissance K Temps L Niveau Voyantlumineux BasM Humidité(ouautre) N Viscosité(ouautre) O (libre) P Pression Q Quantité Totaliseur R Rayonnement Enregistreur S Vitesse Commutateur T Température Transmetteur U Variablesmultiples V Vibrations Vannes W MasseouForce Puitsthermométrique X (libre) Y Événement Relaidecalcul Z Position
HH=trèshaut
LL=trèsbas
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3.1.3. Lessymboles
Regulation TSTL Chap. II : Schemas
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ANNEXE 1TABLEAU DES CODETS D'IDENTIFICATION DEVANT ETRE CONNUS
1 2 3 4 5
Variable mesurée Premier élément Fonction Dispositif réglant Signalisation
1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3 5.1 5.2
Signification Initiale Modifi-cateur
ElémentprimaireCapteur
Indica-teur
Trans-metteur
Enregis-treurImpri-mante
Régula-tion
Commu-tationContacts
Relaisdiverset decalcul
Organederéglage
Action-neur
Autono-me
Lampetémoin
Alarme
A à Z D FQ
E I T R C H (H)S M
L (L)
Y V Z CV H(H)L M
L (L)
H (H)A M
L (L)
TensionElectrique
E EI
Débit F FFFQ
FE FIFFIFQI
FTFITFFTFQTFFIT..
FRFFRFQR
FC FICFFCFRCFFICFFRC
FSHHFSHFSMFSLFSLL
FYFFY
FVFFV
FZFFZ
FCV FLHHFFLHHFQLHHFLHFFLH...
FAHHFFAHHFQAHHFAHFFAH..
Courantélectrique
I II IAHHIAH..
Action humaine H HC,HIC
Niveau L LE LI LT,LIT LR LCLICLRC
LSHHLSHLSM..
LY LV LZ LCV LLHHLLHLLM..
LAHHLAHLAM..
Pression P PD PE PIPDI
PTPDT
PRPDR
PCPICPDCPDIC
PSHHPDSHH...
PYPDY
PVPDV
PZPDZ
PCVPDCVPSV
PLHHPDLHHPLH....
PAHHPDAHHPAH...
Température T TE TI TTTIT
TR TCTIC
TSHHTSH...
TY TV TZ TCV TLHHTLH..
TAHHTAH..
Modificateur 1.3 D : différentiel F : fraction (rapport) Q : quantité (totalisateur, intégrateur, compteur)
Commutation 1.3 Lampe témoin 5.1 et Alarme 5.2 peuvent comporter un qualificatif:HH : très haut H : haut M : milieu (intermédiaire) L : bas LL : très bas
2
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ANNEXE 1TABLEAU DES CODETS D'IDENTIFICATION DEVANT ETRE CONNUS
1 2 3 4 5
Variable mesurée Premier élément Fonction Dispositif réglant Signalisation
1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3 5.1 5.2
Signification Initiale Modifi-cateur
ElémentprimaireCapteur
Indica-teur
Trans-metteur
Enregis-treurImpri-mante
Régula-tion
Commu-tationContacts
Relaisdiverset decalcul
Organederéglage
Action-neur
Autono-me
Lampetémoin
Alarme
A à Z D FQ
E I T R C H (H)S M
L (L)
Y V Z CV H(H)L M
L (L)
H (H)A M
L (L)
TensionElectrique
E EI
Débit F FFFQ
FE FIFFIFQI
FTFITFFTFQTFFIT..
FRFFRFQR
FC FICFFCFRCFFICFFRC
FSHHFSHFSMFSLFSLL
FYFFY
FVFFV
FZFFZ
FCV FLHHFFLHHFQLHHFLHFFLH...
FAHHFFAHHFQAHHFAHFFAH..
Courantélectrique
I II IAHHIAH..
Action humaine H HC,HIC
Niveau L LE LI LT,LIT LR LCLICLRC
LSHHLSHLSM..
LY LV LZ LCV LLHHLLHLLM..
LAHHLAHLAM..
Pression P PD PE PIPDI
PTPDT
PRPDR
PCPICPDCPDIC
PSHHPDSHH...
PYPDY
PVPDV
PZPDZ
PCVPDCVPSV
PLHHPDLHHPLH....
PAHHPDAHHPAH...
Température T TE TI TTTIT
TR TCTIC
TSHHTSH...
TY TV TZ TCV TLHHTLH..
TAHHTAH..
Modificateur 1.3 D : différentiel F : fraction (rapport) Q : quantité (totalisateur, intégrateur, compteur)
Commutation 1.3 Lampe témoin 5.1 et Alarme 5.2 peuvent comporter un qualificatif:HH : très haut H : haut M : milieu (intermédiaire) L : bas LL : très bas
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Regulation TSTL Chap. II : Schemas
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B. Schéma fonctionnel
Le schéma fonctionnel tente de représenter les relations entre les différentes grandeurs physiques des boucles
de régulation. Il sera composé uniquement des éléments suivants :• Ligne de parcours d'une grandeur physique (fig. ligne) : Cette ligne représente le parcours d'une même
grandeur physique de la boucle de régulation.
Regulation TSTL Chap. II : Schemas
2 Schema fonctionnel
Le schema fonctionnel tente de representer les relations entre les di�erentes grandeurs physiques des bouclesde regulation. Il sera compose uniquement des elements suivants :– Des lignes qui representent le parcours d’une grandeur physique dans la boucle de regulation.
Terminale STL Regulation
- Bloc gain (fig. 9) : Le bloc represente la relation entre deux grandeurs physiques, relation realiserpar un element de la boucle de regulation :
S = H � E (1)
- Sommateur et soustracteur (fig. 10 et fig. 11) : Ce bloc represente l’addition ou la soustractionde grandeurs physique de meme nature.
Grandeur physique
Figure 8 – Ligne de parcours
HE S
Objet
Figure 9 – Bloc gain
E1
E2
S= E1 + E2
+
+
Figure 10 – Sommateur
E1
E2
S= E1 - E2
+
-
Figure 11 – Comparateur
C K S
M
PerturbationZ
Correcteur Organe de réglage
Procédé
Capteur
ConsigneW
MesureX
Grandeur régléeXY
SYSTEME
REGULATEUR
Figure 12 – Representation fonctionnelle d’une boucle de regulation
9
– De comparateurs qui representent l’addition ou la soustraction de grandeurs physiques de meme nature.
– De blocs qui representent la relation entre deux grandeurs physiques, relation realise par un element dela boucle de regulation.
Representation fonctionnelle d’une boucle de regulation
4
• Bloc gain : Le bloc représente la relation entre deux grandeurs physiques, relation réaliser par un
élément de la boucle de régulation :
Regulation TSTL Chap. II : Schemas
2 Schema fonctionnel
Le schema fonctionnel tente de representer les relations entre les di�erentes grandeurs physiques des bouclesde regulation. Il sera compose uniquement des elements suivants :– Des lignes qui representent le parcours d’une grandeur physique dans la boucle de regulation.
– De comparateurs qui representent l’addition ou la soustraction de grandeurs physiques de meme nature.
– De blocs qui representent la relation entre deux grandeurs physiques, relation realise par un element dela boucle de regulation.
Terminale STL Regulation
- Bloc gain (fig. 9) : Le bloc represente la relation entre deux grandeurs physiques, relation realiserpar un element de la boucle de regulation :
S = H � E (1)
- Sommateur et soustracteur (fig. 10 et fig. 11) : Ce bloc represente l’addition ou la soustractionde grandeurs physique de meme nature.
Grandeur physique
Figure 8 – Ligne de parcours
HE S
Objet
Figure 9 – Bloc gain
E1
E2
S= E1 + E2
+
+
Figure 10 – Sommateur
E1
E2
S= E1 - E2
+
-
Figure 11 – Comparateur
C K S
M
PerturbationZ
Correcteur Organe de réglage
Procédé
Capteur
ConsigneW
MesureX
Grandeur régléeXY
SYSTEME
REGULATEUR
Figure 12 – Representation fonctionnelle d’une boucle de regulation
9
S = H � E
Representation fonctionnelle d’une boucle de regulation
4
• Sommateur et soustracteur : Ce bloc représente l'addition ou la soustraction de grandeurs physique de
même nature.
Regulation TSTL Chap. II : Schemas
2 Schema fonctionnel
Le schema fonctionnel tente de representer les relations entre les di�erentes grandeurs physiques des bouclesde regulation. Il sera compose uniquement des elements suivants :– Des lignes qui representent le parcours d’une grandeur physique dans la boucle de regulation.
– De comparateurs qui representent l’addition ou la soustraction de grandeurs physiques de meme nature.
Terminale STL Regulation
- Bloc gain (fig. 9) : Le bloc represente la relation entre deux grandeurs physiques, relation realiserpar un element de la boucle de regulation :
S = H � E (1)
- Sommateur et soustracteur (fig. 10 et fig. 11) : Ce bloc represente l’addition ou la soustractionde grandeurs physique de meme nature.
Grandeur physique
Figure 8 – Ligne de parcours
HE S
Objet
Figure 9 – Bloc gain
E1
E2
S= E1 + E2
+
+
Figure 10 – Sommateur
E1
E2
S= E1 - E2
+
-
Figure 11 – Comparateur
C K S
M
PerturbationZ
Correcteur Organe de réglage
Procédé
Capteur
ConsigneW
MesureX
Grandeur régléeXY
SYSTEME
REGULATEUR
Figure 12 – Representation fonctionnelle d’une boucle de regulation
9
Terminale STL Regulation
- Bloc gain (fig. 9) : Le bloc represente la relation entre deux grandeurs physiques, relation realiserpar un element de la boucle de regulation :
S = H � E (1)
- Sommateur et soustracteur (fig. 10 et fig. 11) : Ce bloc represente l’addition ou la soustractionde grandeurs physique de meme nature.
Grandeur physique
Figure 8 – Ligne de parcours
HE S
Objet
Figure 9 – Bloc gain
E1
E2
S= E1 + E2
+
+
Figure 10 – Sommateur
E1
E2
S= E1 - E2
+
-
Figure 11 – Comparateur
C K S
M
PerturbationZ
Correcteur Organe de réglage
Procédé
Capteur
ConsigneW
MesureX
Grandeur régléeXY
SYSTEME
REGULATEUR
Figure 12 – Representation fonctionnelle d’une boucle de regulation
9
– De blocs qui representent la relation entre deux grandeurs physiques, relation realise par un element dela boucle de regulation.
Representation fonctionnelle d’une boucle de regulation
4
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3.2. LesschémasTIdebaseRégulationdepression Régulationdeniveau
Régulationdetempérature Régulationdedébit
3.3. L’instrumentationdebase
Vannederégulation Transmetteurdedébit
Transmetteurdeniveau Transmetteurdetempérature
Qe Qs
PYPT
PC
i/p
GRANDEURSRéglée = Pression P1Réglante = Débit Qe
Perturbatrice = Débit QsP1
PV
transmetteur de pression
régulateur de pression
convertisseur i/p
vanne de régulation
QeQs
LY
LT
LC
i/p GRANDEURSRéglée = Niveau L
Réglante = Débit QePerturbatrice = Débit Qs
LV transmetteur de niveau
régulateur de niveau
convertisseur i/p
vanne de régulation
L
Qe
TC
GRANDEURSRéglée = Température de l'eauRéglante = Puissance du four
Perturbatrice = Débit Qe
transmetteur de température
régulateur de température
TT
Qe
FY
FT
FC
i/pGRANDEURS
Réglée = Débit QeRéglante = Section ouverture vanne
Perturbatrice = Pression P1
FV
transmetteur de débit
régulateur de débit
convertisseur i/p
vanne de régulation
P1diaphragme
PVvanne
pneumatique
PVElectrovanne
S
PVvanne avec
positionneur
Corp de vanne
ServomoteurPositionneur
Cv = 1, 16⇥p
d⇥Qp�P
densitém /h3
bar
∆p
Qv
PDT
transmetteur de pression différentielle
diaphragme
FY
√
extracteur deracine carrée
mesure de débit
mesure de ∆P
Qv = k ⇥p
�P
tuyèreventuri
∆p
PDT
Capteur depression différentielle
mesure de niveau
L
h
�P = �⇥ g ⇥ h
flotteur
plongeur
x f
TC
transmetteur de température
régulateur de température
TT
V Alimentationthermocouple
TCTT
V
PT100montage 3 fils
T = f(E)
T = f(R)
soudure chaude
soudure froide
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3.4. Schémafonctionnel
3.4.1. PrésentationLeschémafonctionneltentedereprésenterlesrelationsentrelesdifférentesgrandeursphysiquesdesbouclesderégulation.Ilseracomposéuniquementdesélémentssuivants:
• Des lignesdeparcoursd'une grandeurphysique. Ces lignes représentent le parcoursd'une grandeurphysiquedelabouclederégulation:
• Desblocsquireprésententunouplusieursélémentsdelachaînederégulationquiassurelarelationentredeux grandeurs physiques, relation caractérisée par la fonction de transfert. La fonction de transfertpermetpourtoustypesdesignauxd’avoirlarelationsuivante:s=H×e
• Lessommateursoucomparateurs,quipermettentl’additionoulasoustractiondegrandeursphysiques:
3.4.2. DuschémaTiauschémafonctionnelAj partird’unschémaTI,onpeutconstruireleschémafonctionnelcorrespondant.Exemple:
Unerégulationdepression
PTPI
C
Qe Qs
X
YW
C H1 H2
R
❶ ❶❷
Qs❷
❸
Qe
❸
❹
❹
❺
❺
❻
❻❼
❼
❽
❽❾
W❾
X
Y
Schéma TI Schéma Fonctionnel
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3.4.3. Représentationfonctionnelled'unebouclederégulationD’unemanièregénérale,unebouclederégulationpeutêtrereprésentéedelamanièresuivante:
4. Raccordementsélectriques
4.1. LetransmetteurOnpeutséparertroistypesdetransmetteurs:Lestransmetteurs4fils(actifs)quidisposentd'unealimentationetquifournissentlecourantI.Leurschémadecâblageestidentiqueàceluidesrégulateurs.
Lestransmetteurs3fils(actifs)sontdestransmetteurs4fils,aveclesentréesmoinsreliées.
Lestransmetteurs2fils(passif)quinedisposentpasd'unealimentationetquicontrôlentlecourantIfourniparunealimentationexterne.
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4.2. Schémadeprinciped'uneboucledecourantUneboucle4-20mAestcomposée:
• D'ungénérateur,quifournitlecourantélectrique ;• D'unouplusieursrécepteurs,quimesurelecourantélectriquequilestraverse.
Remarques:• Lecourantsortparlaborne+dugénérateur ;• Lecourantentreparlaborne+desrécepteurs.
4.3. Générateurourécepteur?
Récepteur GénérateurTransmetteur2fils Transmetteur4fils
Entréemesuredurégulateur Transmetteur3filsOrganederéglage AlimentationEnregistreur Sortiecommanderégulateur
4.4. Mises-enœuvrepratiqueChercherlenombredebouclesdecourant.Ilyadeuxfoisplusdebouclesdecourantquedebouclesderégulation.Pourchaqueboucle,fairelalistedel'instrumentationmiseenœuvre.
• Danschaqueliste,déterminerl’uniqueélémentgénérateur.• Relierle(+)dugénérateurau(+)d’unrécepteuravecunfilrouge.• Relierle(-)dugénérateurau(-)d’unrécepteuravecunfilnoir.• Sipossible,relierles(+)disponiblesdesrécepteurs,aux(-)disponiblesd’autresrécepteursavecunfil
bleu.Remarque:Danschaqueboucledecourant,ilyaautantdefilsdeliaisonqued'éléments.
4.5. Schémadecâblaged’unebouclederégulationdedébit