Principe du contrôle par étapes et applications du contrôle par étapes expliqués visuellement

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Ce post a été modifié pour la dernière fois par yunrun le 18/06/2020 à 15:58. Le contrôle en plusieurs étapes est assez courant dans la production pétrochimique. Dans cet article, Changhui Instruments partage des connaissances sur les principes du contrôle en plusieurs étapes ainsi que sur ses applications, afin d’aider les techniciens en instrumentation à concevoir et utiliser efficacement des systèmes de contrôle en plusieurs étapes. Contrôle par étapes yunrun.com.cn/tech/2611.html Un système de contrôle à rétroaction négative simple, où la sortie de commande du régulateur contrôle généralement un seul actuateur ou une valve de commande, comme le montre la figure 1. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111756353175.png Figure 1 Schéma de bloc du système de contrôle à circuit unique http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111613141692.png Figure 2 Schéma illustrant les caractéristiques d’une vanne de régulation Si la sortie d’un régulateur est envoyée simultanément à deux vannes de contrôle, on peut former un système de contrôle en plusieurs étapes comme le montrent les figures 3 et 4. Ces deux vannes sont utilisées en parallèle, et ce sont toutes deux des vannes à ouverture pneumatique. Les deux vannes effectuent un cycle complet, de la position ouverte à pleine capacité à la position fermée à pleine capacité, selon différentes plages de signaux de commande. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111627181650.png Figure 3 Schéma du système de contrôle par étapes http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111629546169.png Figure 4 Caractéristiques de fonctionnement du système de contrôle par étapes Comme les vannes de régulation pneumatiques présentent deux modes de fonctionnement : ouverture sous pression et fermeture sous pression, les deux vannes offrent donc quatre combinaisons de caractéristiques. Comme illustré aux figures 5 à 8. Les figures 5 et 6 montrent le mouvement des vannes dans la même direction, tandis que les figures 7 et 8 montrent que les deux vannes agissent dans des directions opposées. Bien que le contrôle en plusieurs étapes puisse être assuré par deux ou plusieurs vannes, on utilise généralement deux vannes pour cela. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111643377379.png http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111645371246.png Figure 5 Figure 6 http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111648000331.png http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111649004943.png Figure 7 Figure 8 Application du contrôle par étapes 1. Améliorer le rapport de réglage de la vanne Si la vanne de régulation peut contrôler un débit minimal de Qmin et un débit maximal de Qmax, on définit le rapport de réglage ou la plage de réglage R = Qmax/Qmin. Le rapport de réglage de la plupart des vannes nationales est égal à 30, ce qui ne suffit pas dans certains cas. Il est souhaitable d’améliorer ce rapport pour s’adapter à de grandes variations de charge et améliorer la qualité de contrôle ; c’est alors que le contrôle par étapes peut être utilisé. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111643377379.png Prenons pour exemple la vanne à ouverture pneumatique illustrée dans l’image ci-dessus : supposons que le débit maximal contrôlable soit de 200, R = 30, alors le débit minimal contrôlable est de 200/30 = 6,67. Avec une commande en plusieurs étapes, les deux vannes fonctionnent dans des plages de signaux de commande différentes. Pour l’ensemble formé par ces deux vannes en parallèle assurant un contrôle en plusieurs étapes : le débit minimal contrôlable est Q′min=Qmin=6,67 ； Le débit maximal contrôlable est Q′max=2×Qmin=400. Ainsi, le rapport réglable R′ = Q′max/Q′min = 400/6,67 = 60, ce qui montre que le rapport réglable a été doublé. 2. Utilisation alternée de différents modes de fonctionnement : dans le processus de production industrielle, il est parfois nécessaire d’utiliser des méthodes de contrôle différentes, comme le montrent les exemples des figures 9 à 10. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111712531944.png http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111722140027.png Figure 9 : Schéma de contrôle par étapes du scellement au nitrogène pour les réservoirs (la vanne A est à fermeture pneumatique, la vanne B à ouverture pneumatique) Figure 10 : Diagramme des caractéristiques de contrôle par étapes du scellement au nitrogène Le scellement au nitrogène signifie que le sommet de certains réservoirs à huile doit être rempli de nitrogène afin d’isoler l’huile de l’oxygène présent dans l’air. Le sommet du réservoir est rempli d’azote pour maintenir une légère pression positive. Avec les variations du niveau du liquide, la pression en surface varie. ◆Lorsque le niveau de liquide augmente, la pression augmente. ◆ Lorsque le niveau de liquide diminue, la pression diminue. Une augmentation ou une diminution excessive de la pression dans les réservoirs à huile sous azote n’est pas acceptable. ◆Processus de contrôle par étapes avec azote : Lorsque le niveau du liquide monte, la vanne B se ferme et la vanne A s’ouvre pour évacuer l’azote et maintenir la pression constante. ◆ Lorsque le niveau du liquide descend, la vanne B s’ouvre et la vanne A se ferme pour ajouter de l’azote et maintenir la pression constante. ◆ Lorsque le niveau du liquide fluctue dans une petite fourchette, la pression fluctue également dans une petite fourchette ; le système de contrôle ne intervient pas, c’est-à-dire qu’aucun azote n’est ajouté ni évacué, ce qui est appelé zone de sécurité. Cela permet d’éviter les ouvertures fréquentes des vannes et de maintenir la stabilité du système. 3. Répondre aux besoins des différentes étapes du processus de production. Pour les processus de réactions chimiques exothermiques, il est nécessaire de chauffer les matériaux au début de la réaction afin de déclencher le processus ； Comme il s’agit d’une réaction exothermique, la chaleur dans le réacteur s’accumule continuellement, de sorte que la quantité de chaleur à compenser diminue progressivement. Lorsque la chaleur libérée dépasse celle nécessaire au processus de réaction, il n’est plus possible d’ajouter de chaleur ; au contraire, il faut refroidir le réacteur afin d’éliminer l’excès de chaleur généré par le processus de réaction. Pour ce type de processus, on peut utiliser une commande par étapes comme illustré aux figures 11 à 12. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111740500933.png http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111741591468.png Figure 11 Système de contrôle par paliers de température pour réacteur intermittent Figure 12 Diagramme des caractéristiques du système de contrôle par paliers de température pour réacteur intermittent http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111749274616.png Figure 13 Schéma bloc du système de contrôle par paliers de température pour réacteur intermittent Description : Dans le système de contrôle par paliers de température pour réacteur intermittent, l’régulateur est réactionnel ； Vanne A : fermeture par air ； Vanne B : ouverture par air ； Objet 1 : Réaction ； Objet 2 : Effet direct. Le système de contrôle en plusieurs plages de température pour le réacteur intermittent est à rétroaction négative chaque fois qu’une vanne fonctionne. En combinant ces trois exemples de contrôle en plusieurs étapes ainsi que les schémas des systèmes correspondants, on peut penser que tout le monde a maintenant une compréhension de base du principe du contrôle en plusieurs étapes et des systèmes de ce type. Il est recommandé de lire également l’article intitulé « Sans savoir calculer et déterminer les points de division, inutile de prétendre comprendre le contrôle en plusieurs étapes »