Êtes-vous vraiment familier avec l’utilisation des sélecteurs de valeurs élevées et des sélecteurs de valeurs faibles ?

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Les sélecteurs de signaux se divisent en sélecteurs de valeurs élevées et en sélecteurs de valeurs basses ; ils sont particulièrement utilisés dans la conception de systèmes de contrôle de protection. Dans cet article, Changhui Instruments partage des connaissances spécialisées sur les huit types d’applications des sélecteurs de signaux, que les professionnels du domaine industriel doivent maîtriser. Sélecteur de signal yunrun.com.cn/product/1954.html. La fonction du sélecteur de signal consiste à choisir l’un des deux signaux comme signal de sortie. Les modes de contrôle de la sortie du signal de sélection sont : sélection automatique du niveau élevé, sélection automatique du niveau bas, sélection d’un signal d’entrée via un signal numérique/de niveau externe, puis l’isolation du signal sélectionné par rapport aux signaux d’entrée et à l’alimentation avant sa sortie. Un sélecteur de signaux avec sélection automatique à la valeur élevée est appelé sélecteur de valeur élevée, et un sélecteur de signaux avec sélection automatique à la valeur faible est appelé sélecteur de valeur faible. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805150436075704.png Figure 1 Schéma du sélecteur de haute valeur http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805150439515074.png Figure 2 Schéma du sélecteur de basse valeur Huit applications typiques des sélecteurs de haute et de basse valeur yunrun.com.cn/tech/1974.html 1. Utilisation des sélecteurs de signaux dans les systèmes de contrôle sélectif Tout le monde sait qu’un compresseur est un appareil servant à transporter des gaz ; il peut être actionné par une machine à vapeur ou par un moteur servo à courant continu. En régulant la quantité d’entrée de la machine à vapeur ou la tension aux bornes du moteur à courant continu (ou la tension d’excitation), on peut ajuster le débit de sortie et la pression de sortie du compresseur. La figure 3 montre le schéma du système de contrôle de débit et de pression géré par un sélecteur de signal à faible valeur. Les régulateurs des systèmes de pression et de débit sont tous de type PID. Sur la figure 3, dans le système de contrôle sélectif, P* est le signal de commande du système de contrôle de pression ; la pression de sortie du compresseur doit être maintenue à proximité de P*, mais il n’est pas permis qu’elle dépasse cette valeur. Q* est le signal de commande du système de régulation du débit ; le débit de sortie du compresseur doit être maintenu autour de Q*, sans pour autant dépasser cette valeur. Par conséquent, le mode de contrôle consiste à choisir parmi les deux systèmes de contrôle : on observe quelle variable contrôlée dépasse la valeur donnée, et c’est sur cette variable que l’on se base. Le régulateur du système correspondant envoie alors un signal pour modifier la valeur de référence du système de régulation à thyristors ; il s’agit donc d’un système de contrôle sélectif. Le rôle du sélecteur à faible valeur dans ce système est de gérer le fonctionnement des deux systèmes. Afin d’illustrer le principe de fonctionnement du système, supposons ici que P < P* et Q > Q*. Si les paramètres de réglage des régulateurs des deux systèmes sont identiques, la sortie du régulateur du système Q sera plus élevée que celle du régulateur du système P ; elle sera alors coupée par le sélecteur de valeur basse, mais ne pénétrera pas dans la zone de saturation intégrale. Cela garantit qu’en cas de Q < Q* et P > P*, on puisse passer sans problème du circuit fermé du système Q au circuit fermé du système P, sans jamais permettre à la pression P ni au débit Q de dépasser leurs valeurs prescrites. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805150505449965.png Figure 3 Régulation alternative de deux systèmes de contrôle (système de contrôle sélectif) 2. Utilisation d’un sélecteur à haute valeur comme dispositif de protection fonctionnelle pour le signal de détection Dans les réacteurs nucléaires ou les chaudières chimiques, le contrôle de la température est un facteur essentiel pour assurer le bon déroulement du processus de production. Si l’on se contente d’installer une seule thermocouple pour surveiller ou réguler, on se sent souvent insécure ; on installe donc fréquemment plusieurs thermocouples en différents endroits, et les signaux sont transmis à un groupe de sélecteurs de signaux à haute valeur par l’intermédiaire de transmetteurs de température. Il y a deux avantages à cela : d’une part, on peut contrôler la température au niveau maximal pour éviter que certaines zones ne soient surchauffées ； Deuxièmement, même si un, deux ou trois capteurs thermiques se détachent, le contrôle peut continuer normalement, **améliorant ainsi la sécurité et la fiabilité du fonctionnement du système de contrôle. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805150533486834.png Figure 4 Système de contrôle de sélection du signal le plus élevé à plusieurs signaux Si, dans la figure 4, les sélecteurs de valeurs élevées du groupe de sélecteurs de valeurs élevées sont remplacés par des sélecteurs de valeurs basses, on peut alors constituer un système de contrôle de sélection du signal le plus élevé à plusieurs signaux. 3. Le sélecteur de signaux sert à coordonner l’ordre d’action du système. Lorsqu’un signal de commande déclenche simultanément plusieurs systèmes de régulation, des problèmes de répartition temporelle et de correspondance des signaux surviennent entre ces systèmes. La correspondance des signaux permet au système de trouver un point de fonctionnement stationnaire, tandis que la répartition temporelle assure la sécurité de la production. De nombreux processus de production établissent des règles précises concernant l’ordre d’exécution des commandes du système de contrôle, afin d’éviter la formation de sous-produits ou des explosions, voire pour des raisons d’économie d’énergie. Par exemple, pour le processus de combustion du fioul lourd, il est stipulé que, lorsque la charge de production augmente, on augmente d’abord l’air puis le fioul, et que, lorsque la charge de production diminue, on diminue d’abord le fioul puis l’air, afin d’éviter les dommages aux équipements dus à une combustion secondaire. De tels systèmes nécessitent généralement deux sélecteurs de signal (un sélecteur de valeur élevée et un sélecteur de valeur faible) pour coordonner l’ordre d’action entre les systèmes ; la figure 5 montre la composition du système de contrôle de combustion du fioul lourd. Lorsque les exigences de charge augmentent, l’instruction de charge I augmente. Comme I > I1, le sélecteur de valeur basse choisit I1 comme son signal de sortie. De plus, comme I > I2, le signal P peut agir sur le régulateur de débit d’air par l’intermédiaire du sélecteur de valeur haute, ce qui fait d’abord augmenter le débit d’air. Une fois le débit d’air augmenté, I1 augmente progressivement, ce qui entraîne une augmentation du sélecteur de valeur basse. Inversement, lorsque les exigences de charge diminuent, I < I1, I < I2 ; l’instruction de charge fait d’abord diminuer la quantité de carburant, puis, une fois cette quantité réduite, elle diminue le débit d’air. Ce mode de contrôle du mouvement est appelé « augmentation d’abord, puis diminution » ou « augmentation ensuite, diminution d’abord », et il s’agit d’un schéma typique pour les systèmes de mesure. Une fois le processus de régulation stabilisé, on maintient la relation I=I1, I=I2. Dans le schéma, le régulateur et l’additionneur servent à ajuster la correspondance des signaux d’état initial des deux systèmes, tandis que le multiplicateur sert à régler le rapport entre la quantité de carburant et l’air. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151238082857.png Figure 5 Schéma de principe du système de contrôle de la combustion du fioul lourd 4. Sélecteur de signaux pour éviter les valeurs extrêmes à la sortie du diviseur Tout diviseur doit respecter certaines conditions pour fonctionner correctement ; cette condition est I1 ≤ I2, où I1 est le signal du numérateur et I2 est le signal du dénominateur. Si I2 < I1, la sortie du diviseur dépasse la plage du signal de mesure. Par exemple, pour un diviseur, lorsque I2 < I1, sa sortie dépasse la limite supérieure du signal de mesure de 20 mA. Si le signal de contrôle I2 des variables du processus de production peut être inférieur à I1, des mesures doivent être prises dans le circuit pour empêcher que ce phénomène ne se reflète dans le diviseur. Avant la mise en service du sélecteur de signaux chez Changhui Instrument Manufacturing Co., Ltd., le signal du numérateur était généralement divisé ou divisé en tension avant d’être connecté au diviseur ; le degré de division ou de division en tension devait garantir que le numérateur reste toujours inférieur au signal du dénominateur (comme illustré à la figure 6). Cependant, après l’apparition du sélecteur, un sélecteur de signal à haute valeur peut être utilisé pour empêcher que la sortie du diviseur ne dépasse ses limites, sa configuration électrique étant illustrée à la figure 7. Par rapport à la première méthode, cette dernière permet, dans des conditions normales de fonctionnement, de conserver la sensibilité du diviseur inchangée. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151252390357.png http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151259260868.png Figure 6 : Utilisation d’un diviseur pour éviter que le signal de sortie du diviseur ne dépasse les limites. Figure 7 : Utilisation d’un sélecteur de signaux pour éviter que le signal de sortie du diviseur ne dépasse les limites. 5. Sélection de la valeur intermédiaire parmi plusieurs signaux d’entrée. Dans certains processus de production, il est souvent nécessaire de choisir, parmi plusieurs signaux de mesure ayant des performances identiques, celui qui se trouve au milieu comme signal de mesure. Par exemple, dans un four de chauffage, trois transmetteurs de température sont installés dans les trois zones de température respectives, fournissant des valeurs de mesure élevées, moyennes et basses. Si la régulation s’effectue en fonction du signal de température le plus élevé, la température moyenne de tout le four de chauffage sera trop élevée. Au contraire, si l’on régule en fonction de la température minimale, la température moyenne sera plus basse. Par conséquent, le signal de la valeur intermédiaire est le plus représentatif de ces trois points de mesure de température. La figure 7 montre la composition du réseau avec la valeur moyenne des trois points de surveillance. Cette ligne est composée de deux sélecteurs de valeurs élevées et de deux sélecteurs de valeurs basses. Nous allons aborder cela en trois cas. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151453348883.png Figure 8 Composition du circuit de sélection du signal de valeur intermédiaire entre les trois points ① I1 < I2 < I3 Dans ce cas, les signaux de sortie du sélecteur de signal I et du sélecteur de signal II sont I12 = I2, I13 = I1. Les signaux de sortie du sélecteur de signal III et du sélecteur de signal IV sont I14=I12=12, I0=I14=I2. Le signal de valeur intermédiaire I2 est sélectionné comme signal de sortie. ②I2＜I1＜I3 Dans ce cas, les signaux de sortie du sélecteur de signal I et du sélecteur de signal II sont I12=I1, I13=I2. Les signaux de sortie du sélecteur de signal III et du sélecteur de signal IV sont I14=I1, I0=I14=I1. Le signal de valeur intermédiaire I1 est sélectionné comme signal de sortie. ③I1＜I3＜I2 Dans ce cas, les signaux de sortie du sélecteur de signal I et du sélecteur de signal II sont I12=I2, I13=I2. Les signaux de sortie du sélecteur de signal III et du sélecteur de signal IV sont I14=I3, I0=I14=I3. Le signal de valeur intermédiaire I3 est sélectionné comme signal de sortie. D’après l’analyse des trois cas mentionnés ci-dessus, on constate que, quel que soit le cas, le circuit de la figure 8 prend toujours la valeur intermédiaire des trois signaux d’entrée comme son signal de sortie. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151510561025.png Figure 9 : Circuit de sélection de la valeur intermédiaire pour cinq signaux de sortie. Selon le principe décrit ci-dessus, il n’est pas difficile de concevoir un circuit de sélection de la valeur intermédiaire pour cinq signaux de sortie, comme le montre la figure 9. Ce circuit est constitué de deux circuits de sélection de signaux de valeur intermédiaire entre trois points en série. La première moitié consiste à sélectionner parmi trois signaux de mesure celui qui se trouve au milieu et à le transmettre à la seconde moitié, où il est ensuite comparé aux deux autres signaux, afin de choisir à nouveau un signal central. Selon le même principe, on peut créer des circuits de sélection pour les valeurs intermédiaires 7, 9... 6. Le sélecteur de signal sert de commutateur et de sampleur. Le sélecteur de valeurs basses et le sélecteur de valeurs hautes peuvent être utilisés comme commutateurs ou comme sampleurs. La figure 10 utilise un sélecteur à faible valeur comme interrupteur, tandis que le régulateur ne définit que deux signaux : 0 (la position zéro du signal de l’instrument) et 1 (la limite supérieure du signal de l’instrument). Lorsque IR est égal à 0, le signal I1 est bloqué ； Lorsque IR est égal à 1, le signal I1 passe. La figure 11 montre exactement le contraire : lorsque IR est égal à 0, le signal I1 passe ； Lorsque IR est égal à 1, le signal I1 est bloqué. La figure 12 utilise une source de pulsations à la place d’un régulateur ; le signal de sortie de cette source varie périodiquement entre 0 et 1, le signal I1 s’active et s’éteint alternativement, formant ainsi un signal périodique ayant la même période que les pulsations. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151526471454.png Figure 10 Utilisation d’un sélecteur de signal à faible valeur comme interrupteur http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151528224459.png Figure 11 Utilisation d’un sélecteur de valeur élevée comme interrupteur Figure 12 Sortie de signal périodique 7. Les sélecteurs de signal sont utilisés pour former des circuits de mise en file des signaux. Certains processus de production exigent de savoir parmi les signaux mesurés lequel est élevé, lequel est bas et lequel se situe à une valeur intermédiaire. Cette exigence peut être satisfaite grâce au circuit d’attente de la figure 12. L’ensemble du circuit est composé de six sélecteurs de signaux : le sélecteur III émet le signal le plus élevé, le sélecteur IV émet le signal le plus bas, et les signaux intermédiaires sont émis par le sélecteur VI. Le circuit de la figure 13 peut être divisé en trois composants : I et III forment un circuit de sélection du maximum parmi les trois, II et IV forment un circuit de sélection du minimum parmi les trois, tandis que I, II, V et VI constituent un circuit de sélection de la valeur intermédiaire. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151621548609.png Figure 13 : Lignes d’attente pour les trois signaux d’entrée 8. Le sélecteur de signaux sert de limiteur flottant. Pour des raisons de sécurité, de nombreux processus de production exigent souvent que une variable à réguler ou une variable de commande soit limitée. Ce type de limitation peut généralement être réalisé par un limiteur, mais lorsque la valeur de limitation doit être déterminée en fonction d’une autre variable, il est nécessaire d’utiliser un sélecteur de signal pour constituer le système de limitation. La figure 14 montre le principe de fonctionnement du limiteur de flottaison à limite supérieure. La valeur maximale du signal de fonctionnement est Ix. Lorsque I1 < Ix, I0 = I1 ; mais lorsque I1 > Ix, I0 = Ix. Même si I1 continue d’augmenter, I0 ne continuera pas à augmenter et restera à la valeur de Ix. Comme Ix est variable, la composition du circuit est appelée limiteur à flottaison élevée. La figure 15 montre le principe de fonctionnement du limiteur de flottaison inférieur, lorsque I1 est inférieur à la valeur de Ix. La figure 16 montre le principe de fonctionnement du limiteur de flottaison à seuils haut et bas ; cette structure est constituée de 14 et 15 connectés en série. http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151350088030.png http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151359438903.png Figure 14 Limiteur flottant de limite supérieure Figure 15 Limiteur flottant de limite inférieure Les sorties des limitateurs flottants de limite supérieure et inférieure peuvent être représentées par http://yunrun.com.cn/upload/201805/15/201805151413246178.png Figure 16 Limiteur flottant de limite supérieure et inférieure Les limitateurs flottants ont de nombreuses applications pour améliorer l’efficacité de production des équipements et assurer une production sûre. Par exemple, une condition importante pour une production sûre des compresseurs est de s’assurer qu’ils ne subissent pas de surtension. Si l’écoulement d’admission du compresseur est maintenu au-dessus d’une certaine valeur, on peut éviter le suralimentation ; cependant, fixer l’écoulement d’admission n’est pas favorable à une utilisation optimale de l’efficacité du compresseur. Une méthode relativement efficace consiste à faire varier le débit d’aspiration minimal en fonction de la pression de sortie ; la composition du système de contrôle est illustrée à la figure 17. La partie encadrée en ligne pointillée dans le schéma représente les différents composants de la fonction, réalisés par un additif-subtractif, dont la relation de calcul est IΣ = I0 + αIP. Dans cette formule, I0 est le courant initial, correspondant au débit de retour minimal requis par le compresseur lorsque P = 0 ； α est le coefficient de proportionnalité. IΣ est le signal de limitation flottante basse du sélecteur de valeur élevée ; en général, le système de contrôle du débit maintient la vanne de régulation installée dans le circuit de retour à une ouverture faible (par exemple 90 %). Lorsqu’un état anormal se produit et que le débit d’aspiration ne satisfait pas les conditions de stabilité du compresseur, un signal de limitation flottante remplace le régulateur pour actionner la vanne de régulation du retour. À ce moment, l’ouverture de la vanne de régulation augmente, ce qui entraîne une augmentation du débit de retour et permet d’élever le débit d’aspiration dans une plage permettant un fonctionnement sûr. Avec la généralisation des systèmes PLC et DCS, il est pratique d’accomplir la fonction de sélecteur de signaux de manière programmée dans les systèmes de contrôle. Cela ne signifie pas pour autant que les sélecteurs de signaux sont dépassés ; en tant qu’expert en automatisation industrielle, il est essentiel de maîtriser les principes et les applications des sélecteurs de signaux, ce qui vous permettra d’avoir un avantage technique lors de l’élaboration de plans de contrôle ainsi que lors de la configuration et de la programmation des systèmes DCS ou PLC pour leur mise en œuvre.