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AZprocede, simulation dynamique de procédés


REGULATEURS PID OU TOR

Généralités: un régulateur possède deux modes principaux de fonctionnement, le mode manuel et le mode automatique. En mode manuel, le régulateur permet de manipuler un actionneur (généralement une vanne, mais parfois une pompe, une puissance de chauffe ou autre…). Il permet également d’afficher une mesure (débit, pression, niveau, température parmi les plus courantes). En mode automatique, le régulateur agit sur l’actionneur pour maintenir la mesure à une valeur fixée par l’opérateur (vous), valeur appelée consigne. Les actions du régulateurs sont définies par configuration (PID, TOR).

bouton g -> MANU

 

bouton d -> AUTO

 

bouton g+d -> CASC

roulette -> CASC

MANIPULATION (resp Configuration) DES REGULATEURS

 

L’affichage du régulateur présente, de haut en bas :


- la valeur de la mesure accompagnée de son unité,

- la consigne appliquée par l’opérateur, dans la même unité que la mesure,

- le mode du régulateur (manuel, automatique ou cascade)

- la sortie du régulateur, c’est à dire la valeur de commande envoyée vers l’actionneur (entre 0 et 100%), ou, depuis la version 2013_1 et en mode auto,

- un bar graphe représentant la mesure (barre bleu), la consigne (tiret rouge), et la sortie (barre jaune), ainsi que les éventuelles butées basse et haute sur la sortie (tirets noirs, ici 20 et 80%).

Le nom du régulateur s'affiche également lorsque la souris pointe sur le régulateur: FICx, PICx, LICx ou TICx pour un régulateur de débit (F pour flow), pression (P pour pressure), niveau (L pour level), température (T pour température) par exemple.

Certains régulateurs présentent en plus un petit bouton gris © permettant d’accéder au menu de configuration.

 

Changement de consigne : on peut changer la valeur de la consigne en appuyant sur le bouton gauche (ou la flèche droite, augmenter) ou sur le bouton droit (ou la flèche gauche, diminuer) de la souris lorsque celle-ci pointe sur la consigne. Si on laisse le bouton de la souris ou la touche appuyé, la valeur de la consigne change de plus en plus vite (de 0.1 en 0.1, puis de 1 en 1, puis de 10 en 10 par exemple). On peut également appuyer sur la touche entrée ou le bouton du milieu de la souris lorsque celle-ci pointe sur la consigne et entrer une valeur réelle. La valeur de consigne est limitée à l’échelle haute et basse de la mesure.

Changement de la sortie du régulateur (aussi appelée commande) : le régulateur doit être en mode manuel, car sinon c’est lui qui calcule la sortie. On peut changer la valeur de la sortie en appuyant sur le bouton gauche (ou la flèche droite, augmenter) ou sur le bouton droit (ou la flèche gauche, diminuer) de la souris lorsque celle-ci pointe sur l’affichage de la sortie. Si on laisse le bouton de la souris ou la touche appuyé, la valeur de la sortie change de plus en plus vite (de 0.1 en 0.1, puis de 1 en 1, puis de 10 en 10 par exemple). On peut également appuyer sur la touche entrée ou le bouton du milieu et entrer une valeur réelle. La valeur de la sortie est limitée à 0 et 100 (pour 0 – 100%).

Changement du mode du régulateur : le régulateur peut être mis en mode manuel en cliquant sur le bouton gauche de la souris lorsque celle-ci pointe sur le bouton auto/manu (ou la flèche droite ou bas), ou en mode automatique en cliquant sur le bouton droit (ou la flèche gauche ou haut). En mode automatique, l’opérateur ne peut pas changer la valeur de la sortie. En mode manuel, certaines configurations empêchent de changer la valeur de la consigne (qui n’est pas utilisée par le régulateur dans ce mode). Certains régulateurs peuvent être mis en mode cascade en appuyant à la fois sur les boutons droite et gauche de la souris, ou sur le bouton du milieu, ou sur la flèche haut. La consigne du régulateur en mode cascade est alors forçée par un régulateur maître, ou issue d’un calcul (taux de reflux par exemple).

Changement de la configuration du régulateur : en cliquant sur le petit bouton gris/bleu (© si présent) , on accède à un menu qui donne accès à certains des paramètres de configuration (PID ou TOR, gain - intégrale - dérivée ou bande morte, échelles…). Tous les régulateurs ne sont pas configurables. Le changement de certains paramètres (comme les échelles) peut ne pas être compatible avec le modèle procédé. Sur les régulateurs des modèles régulation, un bouton spécifique dans le bandeau supérieur permet aussi de changer la configuration des régulateurs.

 Test des régulateurs : deux régulateurs (régulation de niveau et de pression, série régulation) disposent d'un bouton permettant de générer un signal 4-20mA (ou 0-100%) sur la boucle de mesure, ou de configurer des rampes ou des échelons, sur la boucle de mesure ou sur la consigne.

bouton g -> MANU

 

bouton d -> AUTO

 

bouton g+d -> CASC

roulette -> CASC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Butée basse

 

Butée haute

 CONFIGURATION (resp Manipulation) DES REGULATEURS

 

Généralités: la configuration du régulateur demande quelques connaissances préliminaires sur les algorithmes de régulation PID (PID pour action Proportionnelle, Intégrale et Dérivée) ou TOR (TOR pour Tout Ou Rien) qui ne font pas partie de cette aide mais d’un cours de régulation. Dans ce qui suit, la mesure (respectivement la consigne) du régulateur est parfois appelée pv pour “ process value ” (respectivement sp pour “ setpoint ”). La sortie (ou commande) du régulateur est parfois notée “ out ”.

, ou TOR (Tout Ou Rien) avec bande morte.

Régulateur Tout Ou Rien TOR: pour être compatible avec tous les modèles, l'actionneur du régulateur TOR est toujours considéré comme continu (type vanne de régulation de débit) et non tout ou rien (type vanne d'isolement). Par contre, la manipulation de cet actionneur lorsque le régulateur est en mode automatique est faite en Tout Ou Rien (TOR), ou Tout Ou Peu (TOP) dans les limites des butées basse et haute sur la sortie lorsque l'écart mesure - consigne est au delà de +/-BM/2, avec BM Bande Morte en pourcentage d'échelle. En mode automatique, l'algorithme appliqué est ainsi le suivant:

- |PV-SP|<(BM/2) -> pas de modification de la position de l'actionneur, repésenté comme cela ,

- |PV-SP|>(BM/2) -> ouverture ou fermeture de l'actionneur, dans la limite des butées haute et basse.

Régulateur Proportionnel Intégral Dérivée PID: les équations retenues pour le calcul des actions du régulateur PID sont les équations classiques PID mixte, PID série et PID parallèle.

Pour le PID mixte et série, le Gain agit ainsi sur l’action proportionnelle, mais également sur les actions intégrale et dérivée.

Pour le PID parallèle, le Gain n'agit que sur l'action proportionnelle.

Les actions PID sont calculées à partir des valeurs de la mesure et de la consigne exprimées en pourcentage de l’échelle du régulateur, pvhigh et pvlow. Une mesure de 125 avec une échelle basse de 50 et une échelle haute de 200 vaut, en %, pv=(mesure-pvlow)/(pvhigh-pvlow)=(125-50)/(200-50)=50%.

Lors de l’identification du procédé, le gain du procédé peut être exprimé en unités de la mesure ou en % d’échelle. C’est ce dernier qui doit être utilisé pour calculer les constantes PID par les formules classiques.

 

Gain du régulateur Kp: soit out0 la valeur de la sortie du régulateur lorsqu'il est mis en automatique. L'action proportionnelle est généralement présentée sous la forme:

PID mixte ou parallèle: out=Kp×(pv-sp)+out0

PID série: out=Kp×((Ti+Td)/Ti)×(pv-sp)+out0

Dans AZprocede, cette équation est en réalitée calculée sous sa forme différentielle à chaque pas de temps, c'est à dire:
dout=Kp×d(pv-sp) ou dout=Kp×((Ti+Td)/Ti)×d(pv-sp)
La valeur out0 n'est ainsi pas réellement utilisée dans le calcul, et les modifications du gain ne modifient pas brutalement la sortie du régulateur en mode auto (sauf cas Ti=0, cf ci-dessous).

Constante intégrale Ti: Ti est compris entre 1 et 3600s. La valeur Ti=0 annule l’action intégrale (cf ci-dessous)

et dérivée, et modifie l'équation de calcul de l'action proportionnelle.

PID mixte ou série:

PID parallèle:

Mode proportionnel seul avec centrage de bande si Ti=0: pour la valeur particulière Ti=0, les actions intégrale et dérivée sont annulées (N/A) et l'équation de calcul de l'action proportionnelle devient:
out=Kp×(pv-sp)+out0
Ce n'est plus la forme différentielle qui est utilisée. La sortie est ainsi proportionnelle à l'écart mesure et le paramètre out0, noté Ip (pour Integral preload) est appelé centrage de bande en français. Dans ce mode, une modification du gain change brusquement la sortie du régulateur.

Rq: cette modification a été réalisée à partir de la version 2014_1 pour compatibilité avec le fonctionnement de certains régulateurs, Eurotherm notamment.

Constante dérivée Td: l'action dérivée peut-être calculée sur la dérivée de la mesure d(pv)/dt ou de l'écart mesure consigne d(pv-sp)/dt.

PID mixte ou série: out=Kp×Td×d(pv-sp)/dt [-> ou d(pv)/dt]

PID parallèle: out=Td×d(pv-sp)/dt [-> ou d(pv)/dt]

Sens d’action directe ou inverse: un régulateur direct augmente sa sortie lorsque la mesure augmente (régulation d’un niveau par action sur soutirage par ex). Un régulateur inverse diminue sa sortie lorsque la mesure augmente (régulation de niveau par action sur remplissage par ex).

Action dérivée sur pv-sp ou pv : l’action dérivée peut être calculée sur la dérivée de l’écart mesure moins consigne, d(pv-sp)/dt, ou sur la dérivée de la mesure seule, d(pv)/dt.

Pour éviter les accoups dus à l’action dérivée lors des changements de consigne, il est préférable de configurer cette action sur la dérivée de la mesure seule, d(pv)/dt, qui est le réglage par défaut de la plupart des régulateurs.

Consigne suiveuse : ce terme signifie que lorsque le régulateur est en mode manuel, la consigne est forçée à la valeur de la mesure. Cela permet une mise en automatique du régulateur sans accoup sur le procédé.

Equation PID mixte, série et parallèle : choix de l'équation PID (mixte par défaut)

Echelles pvlow et pvhigh : limites basse et haute de la mesure venant du transmetteur. La valeur procédé peut être inférieure ou supérieure à ces limites, la mesure se fige alors sur l’échelle basse ou haute.

Butées basse et haute Outmin et Outmax: limites sur la sortie (ou commande) du régulateur, appliquées par l'algorithme PID ou TOR en mode automatique ou cascade. Lorsque la régulation est en contrainte sur une de ces butées, un petit tiret (ou tacquet) rouge est représenté. En mode manuel, ces butées sont inactives.