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Control Instrumentation
Instrumentation d'une commande de turbine à vapeur.

la instrumentation de contrôle (ou instrumentation de processus) Dans un complexe industriel Il peut être défini comme l'ensemble des instruments de mesure, réglementation, et contrôle la processus industriel même, qui forment, dans leur ensemble une ou plusieurs chaînes de commande (également appelée « boucle d'asservissement »).

Le terme « contrôle », se référant à commandes automatiques procédé est utilisé dans 'ingénierie de se référer à un ensemble de techniques et de technologies utiles à 'automation de installations industrielles.

Les processus de usines chimiques et pétrochimique en fait, ils nécessitent l'ajustement des valeurs de paramètres physiques et / ou produits chimiques afin de maintenir l'efficacité appropriée dans les plantes elles-mêmes, et de produire ce qui a été conçu. Les paramètres les plus touchés sont par exemple pression, température, flux, niveau, mais aussi d'autres comme pH et poids.

la instrumentation de processus il peut être pneumatique (Disused) ou électronique (Analogique ou numérique), en fonction de la nature du signal (Pneumatique ou électronique) utilisé pour mettre en outils de communication.

Chaîne d'ajustement

La chaîne de réglage est formé par plusieurs composants, chacun ayant sa propre fonction spécifique:

  • transmetteurs la valeur du paramètre à être maintenue sous contrôle
  • contrôleur
  • ajustement final d'organes (par exemple, soupape de commande avec actuateur)

D'autres composants auxiliaires peuvent être:

  • transducteurs signal
  • Production et traitement de l'air comprimé
  • Moteur à air comprimé (ou compresseur)
  • pipelines
  • installations
  • filtres
  • graisseurs
  • Régulateur de pression

émetteur

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Bourdon gauge

L'émetteur est un outil installé sur le système (dans le champ). Il dispose d'un capteur qui est en contact physique avec le processus et la mesure dans laquelle la valeur instantanée de la grandeur concernée. Par exemple, il peut être thermocouple pour la mesure de la température, ou d'un tube de Bourdon pour la mesure de la pression.

Les paramètres qui doivent être mesurés peuvent être multiples en fonction des besoins du processus. Les plus courants sont les transmetteurs de température, pression, débit, etc .. Le signal mesuré par ce capteur est transduit d'une manière proportionnelle, à l'intérieur de l'émetteur, dans un autre signal normalisé qui est transmis à la chambre de commande vers son propre appareil de commande.

Si elle est un émetteur de pneu envoie à travers un tube de cuivre d'une pression d'air dans l'intervalle compris entre 3 et 15 livres par pouce carré. S'il y a un émetteur électrique va transmettre un courant électrique continu entre 4 et 20 mA, etc. Les émetteurs ont leur propre plage de mesure et la valeur du signal est transmis proportionnel la valeur mesurée.

Outils régulateurs

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pneumatique du régulateur PID.

Les outils réglementaires sont en général installés dans une salle de contrôle centralisée, sur des panneaux spéciaux que les regrouper avec d'autres composantes de la vérification et de contrôle de l'usine.
la régulateur reçoit le signal de son propre émetteur (que nous appellerons désormais simplement « mesure »), il compare la valeur réelle avec une valeur prédéterminée (point de consigne) Que la grandeur mesurée doit assumer, dans le domaine et envoie un signal à un actionneur ou organe de réglage final.

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Contrôleur (instrument).

ajustement final organe

Un typique organe de réglage final Il est constitué par la valve de réglage à actionnement pneumatique, l'ouverture qui influe sur la vitesse d'écoulement d'un courant de fluide, et indirectement la valeur de la grandeur mesurée.

De cette façon, la valeur de la quantité mesurée est forcé de se rapprocher de cet ensemble par le contrôleur (point de consigne).

Description d'un soupape de commande

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: vanne de régulation.
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Vanne de régulation pneumatique avec positionneur intégré.

la soupape de commande a un corps inséré dans le fluide de traitement. A l'intérieur du corps il y a un obturateur qui effectue un mouvement par rapport à un siège. Le déplacement de l'obturateur varie de la zone de passage du fluide et donc sa flux.

la tige est relié mécaniquement à l'extérieur, et avec étanchéité, à servomoteur, associé à un membrane de caoutchouc sur laquelle est appliquée la pression de commande. Le diaphragme est contré par ressort ce qui donne la relation de proportionnalité entre la valeur du signal de commande et la position de la tige.

Les vannes peuvent être normalement ouvert (NO) et normalement fermé (NC). Le mot « normalement » signifie sans air de commande sur la membrane. Donc, ceux qui ne sont à proximité quand ils reçoivent de l'air de commande sur la membrane; NC qui ouvre lors de la réception de l'air de commande sur la membrane.

Ainsi, par exemple, pour une vanne avec une action air se ferme vous aurez la position d'ouverture pour la pression de commande 3 livres par pouce carré; Il aura toute vanne fermée pour une pression de 15 livres par pouce carré. Pour des valeurs intermédiaires, il sera proportionnel des positions intermédiaires (par exemple, 9 psi donner une course à 50%).

Plusieurs fois la pression de commande n'est pas envoyé directement au actionneur pneumatique, pour éviter les retards dans le lecteur. Il est utilisé à la place d'un dispositif pneumatique appelé positionneur monté sur la vanne. Le signal de commande entre dans le positionneur, et à partir de ces sorties de l'air pour commander la soupape. la positionneur Il est relié mécaniquement à la tige pour mesurer la position et le forcer à prendre la valeur fixée par le signal de commande.

Les soupapes de commande sont généralement à deux voies (une entrée et une sortie). Cependant, il existe d'autres modèles tels que trois voies (deux entrées et une sortie). Ceux-ci sont utilisés pour mélanger en continu deux fluides, tels que des mélangeurs fonctionnent les lavabos dans les salles de bains domestiques.

Réglage en cascade

Dans certains types de processus dans lequel le contrôle serait difficile et pas très stable « régulation en cascade » est utilisé. La boucle de commande est dans ce cas formée par cinq éléments au lieu des trois classiques. Le but ultime est toujours de maintenir constante et sous contrôle d'un paramètre de processus important, cependant, en agissant sur la valeur d'un deuxième paramètre susceptible d'affecter la première.

Le premier paramètre est mesuré par un émetteur, qui envoie son signal au premier contrôleur. La sortie de ces va piloter la point de consigne un second régulateur, la sortie commande l'organe de réglage final. Un deuxième émetteur qui mesure le deuxième paramètre du processus est le signal de mesure du deuxième régulateur. Par conséquent, le premier contrôleur n'agit pas directement sur l'ajustement final organe, mais il va contrôler la valeur qui doit assumer le second paramètre.

Alors que le premier régulateur est dédié à la valeur du premier paramètre en gardant constant, le second contrôleur est dédié à maintenir la valeur de coïncidence point de consigne (Reçu de la sortie du premier régulateur), avec la valeur de sa variable mesurée par le second émetteur.

Le contrôle en cascade est particulièrement efficace parce que le second régulateur prend soin de garder sous contrôle les perturbations et les variations que le premier régulateur, étant donné le type de processus, ne serait pas la capacité de gérer efficacement.

Caractéristiques des signaux pneumatiques

la signal entre les composants d'un instrumentation pneumatique Il est constitué par une pression d'air comprise entre 3 et 15 psi.

Les signaux de pression sont transmises par l'intermédiaire de tubes cuivre ayant un diamètre extérieur de 6 mm, et le diamètre interne de 4 mm, joints à des raccords à compression étanche.

la outils pneumatiques, pour fournir cette pression, ils sont alimentés par de l'air à une pression de 20 psi (environ 1,4 kg / cm²) à travers un réducteur de pression individuel connecté au réseau général d'établissement de air comprimé.

la génération et l'unité de traitement d'air comprimé

La plante a un réseau interne d'air comprimé qui alimente l'ensemble de l'instrumentation pneumatique. L'air est aspiré de l'atmosphère et comprimé dans un réservoir spécial après avoir été filtré et déshumidifié.

A partir du réservoir est alors tuyaux de branchement pour fournir tous les services publics. La pression d'un tel réseau est relativement élevé et peut varier en fonction des plantes, de 4 à 16 bar. Les différents dispositifs pneumatiques ont besoin d'une pression plus basse et constante, et à cet effet sont utilisés pour les réducteurs de pression du groupe ou individuel.

A ce stade, l'air est à une pression que nous voulons, séché et filtré. Certains utilisateurs peuvent également nécessiter l'insertion d'un dispositif de lubrification, qui est nécessaire pour l'actionnement des éléments mobiles tels que des pistons pneumatiques.

instrumentation électronique analogique

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Vanne papillon à actionnement

L'instrumentation de processus envoie et reçoit des signaux électriques ou numérique avec une valeur proportionnelle à la grandeur de la valeur de mesure ou de commande.

Un signal électrique standard typique analogique il est courant continu entre 4 et 20 mA. On parle dans ce cas de zéro en direct, dans le sens où un signal 0 mA est indicatif d'un mauvais fonctionnement de l'équipement.

Ainsi, par exemple un capteur de pression ayant une plage de mesure de 0 à 20 bar envoie un courant de 4 mA lorsque la pression mesurée est égale à zéro, il envoie un courant de sortie de 20 mA pour la pression mesurée de 20 bars et envoyer des valeurs intermédiaires de courant directement proportionnel à la valeur mesurée (dans cet exemple va envoyer un courant de 12 mA lorsque la pression mesurée est de 10 bar (50% de sa plage de mesure, correspond à un courant de sortie (20-4) / 2 + 4 = 12 mA ). Bien entendu, dans ces cas également les régulateurs seront compatibles avec un tel signal de 4 à 20 mA en entrée et en sortie vers le champ.

L'équipement électronique peut être utilisé dans usines chimiques et pétrochimique quand il est construit avec la technologie de sécurité intrinsèque. L'énergie d'un possible étincelle Il n'est pas capable de gâchette l'allumage du mélange explosif. Dans les années passées, quand il n'y avait pas une telle technologie, il a été développé avec succès l'instrumentation pneumatique. Bien que pas très précise, avait l'avantage incontestable de pouvoir fonctionner en toute sécurité dans les usines chimiques et pétrochimiques, où le risque de feu et explosions en raison des étincelles électriques, il est toujours présent.

De nos jours, même avec l'instrumentation électronique, l'organe de réglage final est toujours actionné pneumatiquement. la positionneur Il reçoit le signal de commande analogique de 4 à 20 mA et envoie air comprimé modulé à la tête de soupape.

Instrumentation numérique

Avec le développement de microprocesseurs et micro-contrôleurs, et sa diffusion, il a appris à commande numérique, définie comme l'analyse et la synthèse d'un système de contrôle en réaction dans lequel est présent un ordinateur numérique, puis un composant temps discret.

notes


bibliographie

  • (FR) George Stephanopoulos, Processus de contrôle des produits chimiques: Une introduction à la théorie et la pratique, Prentice Hall PTR, 1983 ISBN 0-13-128629-3.
  • (FR) William Luyben, Modélisation des processus, de simulation et de contrôle pour les ingénieurs chimiques, McGraw-Hill Companies, 1989 ISBN 0-07-039159-9.
  • (FR) Différents auteurs, Encyclopédie Ullmann de chimie industrielle, « Process Control Engineering », Wiley-VCH Verlag GmbH Co. KGaA, 2002 DOI:10.1002 / 14356007.b06_317.

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