Conception globale du système de calibration automatisée pour les compteurs de débit à vortex

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Dernière modification de ce post par 955559 le 9-9-2018 à 12:06 : Compteur de débit à rotor en spirale 1. Méthode d’étalonnage du débit instantané – Démarrez la pompe à fréquence, ouvrez la vanne électrique 1 et la vanne électrique 2 à l’aide du contrôleur de vanne électrique, ajustez la vanne manuelle tout en observant la valeur affichée par le compteur à rotor en verre, et ajustez la vanne manuelle afin que le débit atteigne la valeur d’étalonnage prescrite. Une fois le débit stabilisé, on observe les indications du compteur à rotor en verre et du compteur à vortex à calibrer. En utilisant le compteur à rotor en verre comme référence, on calcule l’erreur relative entre les deux, puis on saisit cette erreur via le clavier dans le tableau d’erreurs du compteur à vortex à calibrer. 2. Méthode d’étalonnage du débit cumulé : Pour l’étalonnage du débit cumulé, on commence par définir une valeur de débit d’étalonnage selon les étapes de l’étalonnage du débit instantané. Une fois le débit stabilisé, on ferme la vanne électrique 1 et on ouvre la vanne électrique 2 à l’aide du contrôleur de vanne, afin de vider l’eau du réservoir d’étalonnage du débit cumulé. Ensuite, on ouvre à nouveau la vanne électrique 1 et on ferme la vanne électrique 2, ce qui permet de commencer l’étalonnage du débit cumulé. On note immédiatement la valeur du débit cumulé affichée par le compteur à vortex à étaloner. Lorsque le volume d’eau dans le réservoir d’étalonnage atteint une certaine valeur, une colonne d’eau apparaît sur le cadran. À ce moment-là, on ferme la vanne électrique 1 à l’aide du contrôleur de vanne, tout en notant la valeur indiquée sur le cadran du réservoir (volume d’eau) ainsi que la valeur du débit cumulé affichée par le compteur à vortex à étaloner. La différence entre les deux valeurs de débit cumulé est comparée à la valeur indiquée sur le cadran pour obtenir l’erreur relative, qui est ensuite saisie via le clavier dans le tableau des erreurs du compteur à vortex à étaloner. L’étalonnage du débit cumulé prend généralement quelques minutes. Ce qui précède ne constitue que la calibration d’un seul site de calibration du débit. D’après le principe de mesure décrit dans la section 2.1.1, pour effectuer une correction non linéaire d’un débitmètre à vortex, il est nécessaire de calibrer séparément les 7 points de calibration du débit. Le système de calibration manuelle contrôle la détermination du débit par des vannes manuelles, puis lit la valeur d’un compteur à rotor en verre (instrument de référence) et la compare avec la valeur de l’instrument à calibrer afin de déterminer l’erreur relative. La correction des erreurs non linéaires s’effectue en configurant les paramètres d’erreur via le clavier. La parallaxe peut affecter la lecture du compteur à rotor en verre, ce qui a une incidence sur la précision de l’étalonnage. Lors de la calibration à faible débit, comme l’erreur de lecture du compteur à rotor en verre est alors plus importante, on ne peut pas utiliser la méthode de calibration par débit instantané ; il faut recourir à la méthode de calibration par débit cumulé. Il faut quelques minutes pour calibrer un point de débit à l’aide de la méthode de calibration par débit cumulé, et on ne peut calibrer qu’un seul point de débit par compteur à la fois, ce qui rend l’efficacité de la calibration très faible. En somme, le système de calibration manuelle présente des problèmes tels qu’une faible précision de calibration et une faible efficacité de calibration. Compte tenu des problèmes existant dans les systèmes de calibrage manuel, il est nécessaire de développer un système de calibrage automatisé pour y remédier. Analyse des besoins et conception globale du système de calibrage automatisé 1. Analyse des besoins du système Le système de calibrage automatisé consiste en une transformation automatisée des systèmes de calibrage manuels existants, afin de résoudre des problèmes tels que la faible précision du calibrage et l’efficacité insuffisante du processus de calibrage. Un système de calibration automatisée consiste à mettre en place un système de contrôle informatisé permettant une calibration précise du débit, et capable de calibrer plusieurs compteurs à vortex en même temps afin d’améliorer l’efficacité de la calibration. En se référant à la composition d’un système de calibration manuelle et en utilisant la méthode des tables standard, le système de calibration automatisée présente les exigences suivantes. (1) Plateforme de contrôle informatisé : La plateforme de contrôle informatisé sert à assurer le contrôle de la régulation du débit, l’accès aux compteurs de débit à haute précision servant de référence et aux compteurs à vortex à calibrer, l’interaction homme-machine, ainsi que la planification des étapes de calibration. (2) Dispositif de régulation du débit. En tant que dispositif de détermination du débit, le dispositif de régulation du débit doit être capable de communiquer avec la plateforme de contrôle informatique afin de recevoir les commandes de régulation du débit émises par cette dernière. (3) Tableau étalon de débitmètre à haute précision. En tant que tableau étalon pour la calibration des débits, le débitmètre à haute précision doit être capable de communiquer avec la plateforme de contrôle informatique et de recevoir les commandes d’accès au débit émises par cette plateforme. (4) Étalonnage simultané de plusieurs instruments : le système d’étalonnage automatique doit être capable d’effectuer en même temps l’étalonnage de plusieurs compteurs à vortex à étalonner.
5) Protocole de communication : comme les dispositifs de détermination du débit et les équipements de détection du débit sont achetés en dehors, le protocole de communication doit reposer sur un protocole populaire dans le domaine industriel.
2. Conception globale du système : la conception globale du système est réalisée sur la base de l’analyse des besoins du système d’étalonnage automatique ; le schéma de la plateforme matérielle du système est présenté à la figure 2-6. Le système se compose principalement d’un régulateur τ, d’un compteur de débit à vortex de haute précision de classe 0,1, d’un compteur de débit à vortex à calibrer, d’un convertisseur de fréquence, d’une pompe à fréquence variable, d’un convertisseur RS-232 vers RS-485, d’un réservoir d’eau et de tuyauteries de transport. Parmi eux, les compteurs de débit à haute précision, les compteurs de débit à calibrer et les variateurs de fréquence disposent tous d’une interface de communication RS-485 compatible avec le protocole Modbus. L’ordinateur communique avec ces équipements via le bus RS-485, en utilisant le protocole Modbus, largement répandu dans le secteur industriel. (1) Choix du système de régulation du débit. Il existe généralement deux méthodes de régulation du débit : la première consiste à utiliser une vanne de régulation électrique et une pompe à fréquence industrielle pour former un composant de régulation du débit, en ajustant l’ouverture de la vanne afin de réguler le débit ; la seconde consiste à utiliser un convertisseur de fréquence et une pompe à fréquence variable pour former un composant de régulation du débit, en ajustant la fréquence de fonctionnement du convertisseur de fréquence pour réguler le débit. Lorsque le débit est régulé à l’aide d’une vanne de régulation, la pompe à fréquence industrielle fonctionne à pleine vitesse, c’est-à-dire que le débit d’eau pompé par la pompe correspond au débit maximal. La vanne de régulation ajuste alors le débit en modifiant son ouverture. Le problème de cette méthode de régulation est le suivant : quel que soit le débit donné, la pompe à fréquence industrielle fonctionne toujours à pleine vitesse, ce qui entraîne une consommation d’énergie importante, en contradiction avec le principe d’économie d’énergie ; lorsque la vanne de régulation ajuste son ouverture, la pression de l’eau dans le tuyau change, provoquant des fluctuations du débit dans le tuyau, ce qui n’est pas permis dans un système étalonné. Par conséquent, cette méthode de régulation n’est pas utilisée ; en utilisant un variateur de fréquence pour réguler le débit, on peut résoudre efficacement les problèmes liés à la régulation du débit par des vannes de régulation. Le convertisseur de fréquence peut réguler le débit d’une pompe à fréquence variable en ajustant sa vitesse. Plus le débit est faible, plus la fréquence générée par le convertisseur de fréquence est basse, ce qui réduit la consommation d’énergie de la pompe. De plus, comme cette méthode de régulation du débit ne nécessite pas l’usage de vannes de régulation, la pression de l’eau dans les tuyaux reste relativement stable, ce qui permet également au débit d’eau de rester stable. Elle est donc adaptée à la calibration du débit dans les systèmes. En résumé, l’utilisation d’un variateur de fréquence et d’une pompe à vitesse variable pour former un composant de régulation du débit présente des avantages tels que l’économie d’énergie, la réduction des consommations et une stabilité du débit fourni ; c’est pourquoi cette méthode est employée dans les systèmes de calibration automatisée pour réguler le débit. L’ordinateur accède au variateur de fréquence via le bus RS-485, définit les paramètres de fréquence pour que le variateur modifie la fréquence, ce qui permet de changer le débit d’eau pompé par la pompe à variateur de fréquence, atteignant ainsi le but de la régulation du débit. Afin d’éviter l’instabilité du système due à des communications fréquentes et à des algorithmes de contrôle en boucle fermée complexes, le convertisseur de fréquence, la pompe à fréquence variable et le compteur standard ne forment pas une boucle fermée, mais plutôt une boucle ouverte. Cela exige que nous fassions d’abord des essais sur le variateur de fréquence afin d’obtenir les paramètres de fréquence de variation et la relation entre le débit instantané pompé par la pompe à variateur de fréquence ; le ordinateur peut alors contrôler approximativement la valeur cible du débit en se basant sur cette relation. Les valeurs de débit des points d’étalonnage n’ont pas besoin d’être précises à un chiffre donné ; elles peuvent varier, car il existe un compteur de référence chargé de mesurer la valeur de débit instantanée. Les autres compteurs à tester utilisent cette valeur de débit mesurée par le compteur de référence comme point d’étalonnage pour eux-mêmes. (2) Sélection des méthodes d’étalonnage et des tables de référence Les méthodes d’étalonnage du débit de fluide comprennent généralement la méthode du volume de référence, la méthode des tables de référence, etc. La méthode de calibration par volume standard offre une grande précision, mais le temps de calibration est très long : il faut généralement plusieurs minutes pour calibrer un point de débit. De plus, les récipients de mesure standards doivent être remplacés en fonction des différents plages de débit, ce qui est très gênant. C’est pourquoi cette méthode de calibration n’est pas utilisée. La méthode à base d’un compteur standard consiste à utiliser un compteur de débit à haute précision comme instrument de référence pour calibrer les autres compteurs à corriger. Cette méthode de calibration est simple, pratique et économique ; c’est pourquoi elle est choisie comme méthode de calibration pour ce système. Le principe de sélection des instruments de référence est le suivant : la marge d’erreur admissible de l’instrument de référence doit être inférieure à 1/3 à 1/5 de la marge d’erreur admissible de l’instrument à calibrer, afin que l’erreur de l’instrument de référence puisse être négligée. La précision requise pour le compteur de référence est de classe 0,5 ; par conséquent, un compteur à vortex à haute précision de classe 0,1 a été choisi comme compteur de référence. Ce dernier a remplacé l’ancien compteur à rotor en verre et permet une mesure en temps réel du débit instantané. Dans le système d’étalonnage, il sert de compteur de référence pour corriger les compteurs à vortex à étalonner. L’ordinateur peut y accéder via le bus RS-485 afin d’obtenir le débit instantané, ce qui permet ainsi d’effectuer la mesure de débit avec le compteur de référence. 3) Étalonnage simultané de plusieurs compteurs : le nombre de compteurs à étalonner en même temps est provisoirement fixé à 8. Ces 8 compteurs à courant de Foucault à étalonner sont connectés en série avec des compteurs de référence, les connexions dans les tuyaux ayant une forme en S et étant toutes parallèles au sol. Cette forme en S permet d’économiser de l’espace occupé par le système ; sinon, si les connexions étaient en ligne droite, la longueur du terrain nécessaire serait trop grande, car les sections droites avant et après les compteurs à courant de Foucault doivent respecter certaines exigences et ne peuvent pas être trop courtes. (4) Interaction homme-machine : L’interface d’interaction homme-machine permet de configurer les paramètres de calibration du débit et de lancer le processus de calibration. 5) Calibrage de l’horodatage : La correction non linéaire du débitmètre à vortex nécessite un total de 7 points de calibration. Pour un point de débit de calibration donné, il faut calibrer les 8 débitmètres à vortex à calibrer respectivement dans un certain ordre.