L’association des techniciens en instrumentation permet de décomposer les circuits d’instrumentation et les circuits de contrôle, pas de souci pour le dépannage

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En l’absence de schéma des circuits des instruments, il est possible, en fonction de la situation réelle sur site, de décomposer les circuits de détection ou de contrôle des instruments, puis de dessiner un schéma des circuits. Un tel schéma n’a pas besoin d’être rigoureux ; il suffit qu’il facilite la maintenance des instruments et du système de contrôle. Les circuits du système peuvent être divisés en circuits électriques, circuits d’alimentation en gaz pour les instruments, et circuits de tuyaux de dépression pour la détection des médias de processus. 1. Découpage du circuit du système de contrôle de température. La Figure 1 montre un système de contrôle de température courant pour un chauffage à vapeur. La température de l’eau chaude, mesurée par un transmetteur de température intégrant une résistance thermique TT, est envoyée au régulateur TC pour y être comparée à la température cible. Lorsque la température de l’eau est inférieure à cette température cible, le signal de sortie du régulateur ouvre davantage la vanne de régulation, augmentant ainsi le débit de vapeur afin d’élever la température de l’eau. Lorsque la température de l’eau est supérieure à la température fixée, le signal de sortie du régulateur ferme la vanne de régulation, réduisant ainsi le débit de vapeur et faisant baisser la température de l’eau. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211952355357.png Figure 1 Schéma du système de contrôle de température du chauffage à vapeur Circuit des instruments yunrun.com.cn/tech/2045.html Afin de visualiser de manière intuitive les interactions et les liaisons de signaux entre les différents éléments de ce système de contrôle, on peut utiliser le diagramme en blocs de la Figure 2 pour représenter sa structure, où chaque bloc correspond à un élément du système. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211953324921.png Figure 2 Schéma du système de contrôle de la température de chauffage par vapeur Pour une meilleure visualisation, nous l’avons représenté selon les circuits de signaux électriques, comme le montre la figure 3. Dans la figure 3 : A est le circuit de signal de sortie de la résistance thermique du capteur de température, et également le circuit de signal d’entrée du transmetteur de température. La sortie est un signal de résistance proportionnel à la variation de la température de l’eau chaude : la valeur de la résistance augmente lorsque la température monte et diminue lorsque la température baisse. B est le circuit du signal de sortie du transmetteur de température, ainsi que le circuit du signal d’entrée du régulateur. Ce qui est généré, c’est un signal électrique proportionnel aux variations de température de l’eau chaude : la valeur du courant augmente lorsque la température monte et diminue lorsque la température baisse. C est le circuit du signal de sortie du régulateur, ainsi que le circuit du signal d’entrée de l’actuateur. Ce qui est généré, c’est un signal de courant émis en fonction de l’amplitude du signal de déviation de température et selon une loi de contrôle prédéfinie ; il s’agit d’un signal de courant qui réagit inversement aux variations de température de l’eau chaude : lorsque la température de l’eau chaude augmente, la valeur du courant diminue, ce qui entraîne la fermeture partielle de la vanne de régulation afin de réduire le débit de vapeur et faire baisser la température de l’eau chaude ； Lorsque la température de l’eau chaude diminue, la valeur du courant augmente ; on ouvre davantage la vanne de régulation pour augmenter le débit de vapeur et faire monter la température de l’eau chaude. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211954183201.png Figure 3 Schéma du circuit électrique du système de contrôle de la température de chauffage par vapeur. En connaissant le fonctionnement de chaque circuit, on peut savoir quel effet une panne dans un circuit aura sur le circuit suivant ; ainsi, l’analyse et le diagnostic des pannes du système deviennent plus clairs. Ce schéma omet le circuit d’alimentation, le circuit de rétroaction de la position de la vanne et le circuit de commande manuelle. 2. Schéma de décomposition des circuits de contrôle de niveau et de système d’interblocage DCS. La Figure 4 est un schéma du système de contrôle de niveau et de système d’interblocage d’un réacteur. Ce système dispose d’une régulation du niveau de liquide et d’une fonction de contrôle par interblocage en cas de niveau bas. Le processus de fonctionnement est le suivant : le transmetteur de niveau LT envoie le signal de niveau au DCS. L’régulateur LIC du DCS génère un signal de courant en fonction des variations de niveau, et ce signal est ensuite utilisé, via un convertisseur électrique, pour contrôler l’ouverture de la vanne de régulation pneumatique, afin de maintenir le niveau stable. Lorsque le débit de fluide fourni est insuffisant et que le niveau du liquide descend à la valeur prescrite, l’interrupteur de faible niveau LE se déclenche, ce qui provoque une perte de pression à la sortie de l’interblocage de faible niveau LS. Cela entraîne l’arrêt d’alimentation de la vanne électromagnétique à deux voies et trois positions, fermant ainsi la vanne de régulation pneumatique afin d’assurer la sécurité de la production. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211957390187.png Figure 4 Schéma du système de contrôle du niveau de liquide dans le réacteur et des systèmes d’interblocage. Afin de faciliter la détection des pannes, le schéma 5 est présenté en fonction des circuits électriques, des circuits d’alimentation en gaz pour les instruments et des circuits de mesure des paramètres de procédé. Dans la figure 5, les bornes d’entrée et de sortie de la carte DCS, ainsi que le contrôle et l’enclenchement de la DCS, relèvent tous de connexions logicielles ; les relations de signaux peuvent être consultées dans le diagramme de configuration, et les signaux des circuits peuvent toujours être compris et vérifiés selon la logique des connexions physiques. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211958516321.png Figure 5 Schéma du circuit de contrôle du niveau de liquide dans le réacteur et du système de liaison ① Circuit électrique A est le circuit du signal de sortie du transmetteur de niveau, ainsi que le circuit du signal d’entrée du DCS. Ce qui est généré est un signal de courant proportionnel aux variations du niveau de liquide : la valeur de la courant augmente lorsque le niveau monte, et diminue lorsque le niveau baisse ； B est le circuit de signal de sortie pour la détection du niveau bas, ainsi que le circuit de signal d’entrée du DCS ; il s’agit d’un signal de commutation ； C est le circuit de signal de sortie de commande du DCS, ainsi que le circuit d’entrée de signal du convertisseur I/P. Ce qui est généré, c’est un signal de courant émis en fonction de l’amplitude du signal de déviation du niveau de liquide et selon une loi de contrôle prédéfinie ; il s’agit d’un signal de courant proportionnel aux variations du niveau de liquide. Lorsque le niveau monte, la valeur du courant de contrôle augmente, tandis que lorsque le niveau baisse, cette valeur diminue ； D est le circuit de sortie du signal d’interblocage de faible niveau du DCS, ainsi que le circuit d’entrée de signal de la valve électromagnétique à deux positions et trois voies ; il émet et reçoit des signaux de commutation. ②Circuit d’air pour les instruments. L’air utilisé par les instruments est appelé circuit d’alimentation en air pour instruments, et les instruments pneumatiques ont des exigences en matière d’air comprimé. Le circuit d’air pour les instruments fonctionne sur le principe que, même après que l’air comprimé est entré dans l’instrument, il doit être évacué vers l’atmosphère ; une fois comprimé à l’intérieur de l’instrument, l’air retourne ensuite à l’atmosphère. Si le circuit d’air comprimé n’est pas correctement fonctionnel, l’instrument continuera de tomber en panne. E est le circuit d’alimentation en air du convertisseur I/P ； F est le circuit d’alimentation en air de la vanne électromagnétique à deux voies et trois positions ; un convertisseur I/P transforme le courant émis par le régulateur DCS en pression d’air correspondante, permettant ainsi de contrôler l’ouverture de la vanne de régulation pneumatique via G. Lorsque la valve électromagnétique à deux voies et trois positions est alimentée en électricité, l’interblocage ne fonctionne pas ; la pression d’air de sortie du convertisseur I/P contrôle la vanne de régulation de F à G. Lorsque l’interblocage lié au niveau de liquide bas se déclenche, la valve électromagnétique est déconnectée, l’air comprimé menant à la vanne de régulation en F est coupé, et la membrane de la vanne de régulation se vide par G vers H. Sous l’effet de la force du ressort, la vanne de régulation reste complètement fermée. ③Dans la plupart des circuits de contrôle de la procédure, le circuit I est à la fois un circuit de détection du niveau de liquide et un circuit de signal d’entrée pour le transmetteur de niveau. Le signal de sortie du circuit de détection du niveau, qu’il s’agisse d’une différence de pression ou de la force de flottaison, dépend entièrement du type de capteur utilisé. Cependant, il génère un signal de courant proportionnel aux variations du niveau du liquide ; il convient de prêter attention au décalage du point zéro lors du diagnostic des pannes du circuit de détection du niveau. J est un circuit de détection de niveau bas, ainsi qu’un circuit de signal d’entrée pour l’interrupteur de niveau ; il s’agit d’un signal d’interrupteur. 3. Décomposition des circuits de configuration DCS : La configuration DCS est en réalité une combinaison d’algorithmes de contrôle. Comme elle est mise en œuvre par du logiciel, sa compréhension peut sembler un peu abstraite, mais on peut néanmoins l’interpréter à l’aide de circuits câblés physiquement. La figure 6 est un schéma de configuration de contrôle en cascade, où la sortie OUT du contrôleur principal TIC100 est connectée à l’entrée de commande SET du régulateur secondaire FIC100. %Z011101-%Z011103 sont les numéros de connexion matérielle du circuit de contrôle, %Z011103 signifie : le signal provient du premier nœud, de la première unité, du premier emplacement et du troisième canal. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806212000597872.png Figure 6 Schéma de configuration du contrôle en cascade. En convertissant ce schéma de configuration en un diagramme de blocs classique pour les systèmes de contrôle, comme le montre la figure 7, il devient beaucoup plus intuitif et facile à comprendre. Un système de contrôle en cascade utilise deux régulateurs PID connectés en série pour stabiliser un paramètre de procédé. À l’extérieur se trouve le circuit principal, qui forme un circuit fermé avec le transmetteur principal, le régulateur principal et l’objet principal. À l’intérieur se trouve le circuit secondaire, qui forme un circuit fermé avec le transmetteur secondaire, le régulateur secondaire, la vanne de régulation et l’objet secondaire. La sortie du régulateur principal sert de valeur de commande pour le régulateur secondaire. Le système contrôle l’ouverture de la vanne de régulation à l’aide de la sortie du régulateur secondaire, afin de réguler le paramètre principal. La division des tâches entre le circuit principal et le circuit secondaire est claire : le circuit principal s’occupe du « réglage fin », tandis que le circuit secondaire s’occupe du « réglage grossier » ; le circuit secondaire joue donc un rôle préventif. On peut le comprendre ainsi : le circuit principal est un système de contrôle à valeur fixe, tandis que le circuit secondaire est un système suiveur. D’après cette analyse, on constate que le régulateur principal émet des commandes, tandis que le régulateur secondaire effectue les ajustements ; les petites perturbations sont éliminées par le régulateur secondaire, les grandes perturbations sont traitées en priorité par ce dernier, et pour le reste, le principal et le secondaire s’ajustent ensemble. Lorsqu’on sait qu’un circuit est défectueux et quelles en seront les conséquences pour un autre circuit, on peut effectuer une analyse et un jugement approximatifs. Figure 7 : Schéma de bloc du système de contrôle en cascade. Il faut d’abord déterminer si la panne se produit à l’intérieur du DCS, ou bien dans les équipements périphériques ou les connexions. Si c’est à l’intérieur du DCS, il est possible d’utiliser les alertes de panne et les courbes d’affichage du poste de commande supérieur pour analyser et diagnostiquer la panne ; on peut également passer en mode manuel pour observer et effectuer des vérifications en fonction des symptômes de la panne. La panne se produit en dehors du DCS ; il faut vérifier les trois circuits %Z011101-%Z011103 : premièrement, vérifier si le courant allant du transmetteur vers la carte est normal ; deuxièmement, vérifier si le transmetteur fonctionne correctement ; troisièmement, vérifier si le courant de sortie du régulateur secondaire est normal. Selon l’analyse de l’état du signal, on détermine quel circuit est en panne, puis on vérifie les transmetteurs concernés, les connexions et l’alimentation électrique. Les méthodes de vérification des circuits externes mentionnées ci-dessus s’appliquent également au module de contrôle en cascade CPID. Ce module intègre deux modules de contrôle PID classiques pour former un module de contrôle combiné, riche en fonctionnalités et facile à utiliser. Il dispose toujours de deux signaux d’entrée, provenant du transmetteur principal et du transmetteur secondaire, ainsi que d’un signal de sortie provenant du régulateur secondaire. 4. Circuit de transmission de la mesure des paramètres de procédé
La figure 8 montre un schéma du circuit de transmission de la différence de pression pour la mesure du débit ; il est plus intuitif que le schéma électrique. Ce circuit concerne le fluide de mesure dans le tuyau de transfert de pression, c’est-à-dire le circuit de transmission du signal de différence de pression, comme indiqué par les lignes pointillées sur la figure. En temps normal, il existe une différence de pression avant et après le dispositif de régulation en fonction du débit ; la pression dans le tube positif est toujours supérieure à celle dans le tube négatif. Plus le débit est élevé, plus cette différence de pression est importante, et l’intensité du courant de sortie du transmetteur augmente également. Il est généralement exigé que, dans la plage de mesure prévue, les tuyaux de mesure de pression et les vannes soient dégagés, que le fluide de mesure remplisse entièrement ces tuyaux sans pour autant permettre son flux ; seul le déversement des eaux usées autorise le passage du fluide de mesure. La présence de flux dans le milieu de mesure indique une fuite dans le système de détection du débit, telle qu’une fuite à l’intérieur de la vanne d’équilibrage, ou des fuites sur le réseau de prélèvement, la vanne de vidange, les tuyaux de pression ou les connexions. Un bouchon dans la vanne ou le tuyau de mesure, ainsi que la présence de gaz ou de liquide dans le tuyau de mesure ou dans la chambre de mesure du transmetteur de différence de pression, peuvent perturber le circuit de transmission de la différence de pression. Cela entraîne une distorsion de la transmission du signal de différence de pression et provoque des anomalies dans le courant de sortie du transmetteur. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806212004028210.png Figure 8 Schéma du circuit de transmission par différence de pression pour la détection du débit. Lors de la transmission du signal de différence de pression, celui-ci est affecté par la résistance des éléments de conduite de pression (y compris les tuyaux de conduite de pression, les vannes, les condenseurs, les isolateurs). Cet effet est particulièrement important pour la mesure du débit de vapeur, où la résistance des éléments de conduite de pression a une influence encore plus grande sur la mesure. De nombreux systèmes de mesure du débit de vapeur présentent un flux biphasé gazeux et liquide. La taille des tuyaux de conduite de pression, le type de vanne, les variations de l’emplacement de la vanne, la qualité du soudage des joints des tuyaux de conduite de pression, ainsi que l’emplacement du transmetteur, peuvent tous influencer l’amplitude de cette résistance clé, et donc affecter la précision de la transmission du signal de différence de pression. Lors de l’analyse et du diagnostic des pannes, il convient d’abord d’examiner la partie des raccords pour s’assurer qu’il n’y a pas de problème, avant d’inspecter le transmetteur et les instruments d’affichage. Les exemples de décomposition des 4 circuits d’instruments et des circuits de contrôle ci-dessus ne visent qu’à fournir quelques idées et méthodes ; l’objectif de Changhui Instruments est d’inspirer les utilisateurs afin qu’ils puissent appliquer ces principes de manière créative et les adapter aux conditions réelles sur le terrain.