Processus thermique pilote



I- DESCRIPTION DE L'INSTALLATION

  1. Le générateur thermique

  2. Les échangeurs de chaleur

  3. Les capteurs

  4. Les actionneurs


  5. II - LA COMMANDE DU PROCESSUS

    1. Les boucles de régulations

    2. Les perturbations


III - LE SYSTEME D'AUTOMATISATION

  1. Le réseau de terrain WorldFIP

  2. Echange de données WorldFIP / Ethernet


I - DESCRIPTION DE L'INSTALLATION

Le système pilote présenté est un processus thermique commandé par plusieurs PC qui assurent la régulation en débit et en température et qui permettent la configuration du système d'automatisation.

Le processus thermique comme le montre la figure suivante se compose:

1 - Le générateur thermique

 

Le générateur thermique est une chaudière de type domestique. L'énergie utilisée est du gaz de Groningue de pouvoir calorifique égal à 8 400 Kcal/m3. Le fluide caloporteur est de l'eau utilisée en circuit fermé à débit forcé par un accélérateur à palettes.

La chaudière est équipée de trois sécurités qui coupent l'alimentation de gaz en cas :

2 - Les récepteurs thermiques

Le récepteur thermique est constitué de deux échangeurs à faisceaux tubulaires de type liquide-liquide fonctionnant à contre-courant.

Le système a été conçu de manière à s'adapter rapidement à des configurations d'échanges différentes par l'intermédiaire d'électrovannes Tout Ou Rien.

Il est ainsi possible d'étudier les cas suivants :

De plus, le radiateur placé à la sortie des échangeurs sert de charge pour le circuit secondaire avec une possibilité de le court-circuiter.

3 - Les capteurs

a - Les capteurs de température

Les mesures de températures sont faites à l'aide de sondes à résistance de platine de type PT 100. Ces sondes sont reliées à des convertisseurs de mesures R/I, qui délivrent un signal électrique 4-20 mA pour une variation de température de 0 à 100°C. La variation de la résistance de la sonde est fonction de la température selon la loi suivante:

Rsonde=Rc0(1+AcT+BcT^2) où

b - Les capteurs de débit

Les mesures de débits sont réalisées à partir d'organes déprimogènes, en l'occurrence des diaphragmes, qui permettent d'obtenir une pression différentielle :

Q = K rac(DP/r) avec

La pression différentielle obtenue est convertie en un signal électrique dans la gamme 4-20 mA par un transmetteur DP/I. Par la suite, l'extraction de la racine carrée nécessaire pour obtenir un signal proportionnel au débit est réalisée ensuite par un traitement externe.

4 - Les actionneurs

a- Les vannes analogiques

Les vannes analogiques sont en fait des servo-moteurs pneumatiques commandés par des convertisseurs électropneumatiques. Elles sont fermées en l'absence de pression et le fluide tend à les ouvrir.

Leur plage de commande se situe de 0,2 à 1 bar.

Elles constituent des éléments non-linéaires dans les boucles de régulation, car en particulier, leur gain statique et leurs caractéristiaues dynamiques sont variables sur la plage d'utilisation.

b - Les convertisseurs électro-pneumatiques

Ils nécessitent une alimentation pneumatique de 3 bars.

Le signal électrique d'entrée peut varier de 4 à 20 mA et est converti en un signal pneumatique variant de 0,2 à 1 bar.









II - LA COMMANDE DU PROCESSUS

En terme de régulation, la commande du processus thermique consiste à

malgré la présence de perturbations, dont la principale est la variation de débit d'eau froide Qs1 à l'entrée du circuit secondaire.

Plusieurs boucles locales (et/ou distribuées) de régulation ont étéinstallées.

Des régulateurs PID ont étéimplantés sur les PC afin d'assurer ces fonctions de régulation. (cf III - Le SYSTEME d'AUTOMATISATION ).

1 - Les boucles de régulation

a - Les échangeurs

Pour chacun des échangeurs, une première boucle interne permet d'ajuster le débit au primaire de l'échangeur Qp* en fonction de la température de sortie au secondaire de l''échangeur Tso*.

C'est la boucle interne, régulation du débit au primaire de l'échangeur 1 qui est configurable et pilotable à Internet.

b - La chaudière

En ce qui concerne le sous-processus chaudière, la grandeur de sortie Tc0 est maintenue à une valeur de référence par l'intermédiaire du débit de gaz Qg ; le débit de gaz étant lui même régulé.

2 - Les perturbations

Les perturbations résultent des interactions entre l'échangeur et la chaudière :

Pour réduire ces interactions, on maintient également ledébit Qc constant, grâce au by-pass recyclant directement une partie du débit Qrd.

Le débit Qrd est calculéà partir des mesures des débits Qp1, Qp2 et Qc.


III - LE SYSTEME D'AUTOMATISATION

Le processus est piloté par plusieurs PC et deux concentrateurs d'entrées/sorties FBICs (Field Bus Interface Converter), qui sont interconnectés sur un même réseau de terrain WorldFIP (Flux Information Process).

1 - Le réseau de terrain WorldFIP

Informations sur

sont disponibles.

Les PC et les FBIC sont connectés au medium WorldFIP via des connecteurs spéciaux dénommés TAP.


Les FBIC sont utilisés pour interfacer l'ensemble des capteurs et actionneurs avec WorldFIP par l'intermédiaire d'entrées-sorties analogiques et TOR.

Sur WorldFIP, la vitesse de transmission est 1 Mb/s (standard) pour un medium paire torsadée blindé.

Diverses tâches liées à l'Automatisation ou à l'administration du réseau WorldFIP sont distribuées sur les PC :

Un synoptique permet de suivre le procédé en temps réel et de constater les changements de consigne effectués par le client Internet comme le montre la figure suivante :

2 - Echange de données WorldFIP / Ethernet

Un PC sert de passerelle entre WorldFIP et Ethernet.

Il est équipé d'une carte WorldFIP pour la connexion au réseau WorldFIP et d'une carte 3COM509 pour la connexion au réseau Ethernet.

Sur le réseau local Ethernet est connectée une station de travail SUN qui interface le client Internet avec le système d'automatisation par l'intermédiaire de la procédure décrite ci-dessous :

Cette station de travail gère également l'échange de donnéavec la passerelle PC.

Quand un client Internet tente de "jouer" avec la Boucle de Régulation de Débit,