avec cd-rom - festo- · pdf file– dessin de schémas électriques ......

Livre d‘exercices

EduKit PA

Module de projet

Automatisation des

process

Avec CD-ROM

Festo Didactic

563975 FR

Utilisation conforme

Cette installation et le livre d'exercices associé sont exclusivement destinés à la formation initiale et

continue dans le domaine de l’automatisation des process et de la technique. Il incombe à l’établissement

de formation et/ou aux formateurs de faire respecter par les étudiants les consignes de sécurité décrites

dans les manuels qui l'accompagnent.

Festo Didactic décline par conséquent toute responsabilité quant aux dommages causés aux étudiants, à

l'établissement de formation et/ou à des tiers du fait de l'utilisation de la station en dehors du contexte

d'une pure formation, à moins que ces dommages ne soient imputables à une faute intentionnelle ou à une

négligence grossière de Festo Didactic.

Référence : 563975

Version : 04/2009

Auteurs : Bernhard Schellmann, Hans Kaufmann

Rédaction : Jürgen Helmich, Klaus Kronberger

Graphisme : Doris Schwarzenberger

Mise en page : 07/2009

© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2013

Internet : www.festo-didactic.com

E-mail : [email protected]

© Adiro Automatisierungstechnik GmbH, 73734 Esslingen, 2013

Internet : www.adiro.com

E-mail : [email protected]

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électroniques présupposent l'accord préalable de Festo Didactic GmbH & Co. KG.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 3

Table des matières

Introduction ______________________________________________________________________________ 5

Contenus de formation _______________________________________________________________ 5

Objectifs pédagogiques ______________________________________________________________ 6

Référence au programme et au métier en Allemagne _______________________________________ 6

Engagement de l’exploitant _________________________________________________________ 11

Engagement des étudiants __________________________________________________________ 11

Dangers liés à l’utilisation du système modulaire de production ___________________________ 11

Garantie et responsabilité __________________________________________________________ 11

Utilisation conforme _______________________________________________________________ 12

Consignes de sécurité _____________________________________________________________ 12

Transport ________________________________________________________________________ 14

Déballage _______________________________________________________________________ 14

Fourniture _______________________________________________________________________ 14

Contrôle visuel ___________________________________________________________________ 14

Maintenance _____________________________________________________________________ 15

Mises à jour ______________________________________________________________________ 15

Section A – Ingénierie

1. Description du process _____________________________________________________________ A-3

2. Planification _____________________________________________________________________ A-9

3. Installation _____________________________________________________________________ A-43

4. Mise en service __________________________________________________________________ A-47

5. Marketing et vente _______________________________________________________________ A-51

6. Contrôle des connaissances en ingénierie ____________________________________________ A-55

Section B – Situation d'apprentissage « Mesure, commande

et régulation manuelles »

1. Mesure manuelle _________________________________________________________________ B-3

2. Commande manuelle _____________________________________________________________ B-13

3. Régulation manuelle ______________________________________________________________ B-37

4. Contrôle des connaissances sur la situation d'apprentissage « Mesure, commande

et régulation manuelles » __________________________________________________________ B-47

Table des matières

4 © Festo Didactic GmbH & Co. KG

Section C – Situation d'apprentissage « Mesure, commande

et régulation automatisées »

1. Initiation ________________________________________________________________________ C-3

2. Mesure automatisée ______________________________________________________________ C-13

3. Commande automatisée __________________________________________________________ C-25

4. Régulation automatisée ___________________________________________________________ C-41

5. Contrôle des connaissances « Mesure, commande et régulation automatisées » _____________ C-59

Section D1 – Ingénierie avec corrigés

1. Description du process ____________________________________________________________ D1-3

2. Planification ____________________________________________________________________ D1-9

3. Installation ____________________________________________________________________ D1-43

4. Mise en service _________________________________________________________________ D1-47

5. Marketing et vente ______________________________________________________________ D1-51

6. Contrôle des connaissances en ingénierie ___________________________________________ D1-55

Section D2 – Situation d'apprentissage « Mesure, commande

et régulation manuelles » avec corrigés

1. Mesure manuelle ________________________________________________________________ D2-3

2. Commande manuelle ____________________________________________________________ D2-13

3. Régulation manuelle _____________________________________________________________ D2-37

4. Contrôle des connaissances sur la situation d'apprentissage « Mesure, commande

et régulation manuelles » _________________________________________________________ D2-47

Section D3 – Situation d'apprentissage « Mesure, commande

et régulation automatisées » avec corrigés

1. Initiation _______________________________________________________________________ D3-3

2. Mesure automatisée _____________________________________________________________ D3-13

3. Commande automatisée _________________________________________________________ D3-25

4. Régulation automatisée __________________________________________________________ D3-41

5. Contrôle des connaissances « Mesure, commande et régulation automatisées » ____________ D3-59


Introduction

Le système de formation « Automatisation de process et Technique » de Festo Didactic part de différents

niveaux d’accès à la formation et objectifs professionnels. Les installations et stations du « Système

Modulaire de Production – Automatisation de Process » (MPS® PA) permettent une formation initiale et

continue axée sur les réalités de l’entreprise. Le matériel est constitué de composants industriels adaptés à

une approche didactique.

L'ensemble modulaire de projet « Automatisation des process » vous fournit un système adapté à la

dispense des qualifications clés en

compétences sociales,

compétences techniques et

compétences méthodologiques.

dans une optique axée sur la pratique. Il permet en outre de développer l’aptitude au travail en équipe et à

la coopération ainsi que le sens de l’organisation.

La formation sous forme de projets permet d’aborder les phases réelles d’un projet. Citons notamment les

phases de :

Préparation

Montage

Câblage

Mise en service

Utilisation

Commande

Régulation

Maintenance

Dépannage

Contenus de formation

Les contenus de formation susceptibles d’être abordés relèvent des domaines suivants :

Mécanique

– Architecture mécanique d'une installation

Technique des process

– Lecture et création de schémas et documentations

– Tuyautage de composants de process

– Analyse de systèmes

Électricité

– Dessin de schémas électriques

– Câblage de composants électriques dans les règles de l'art

Capteurs

– Utilisation de capteurs dans les règles de l’art

– Mesure de grandeurs non électriques de process et de régulation

Mise en service

Mise en service d’une installation de process

Mise en service d’une boucle de régulation

Introduction


Commande

– Pilotage d'actionneurs

– Circuits à relais

Régulation

– Initiation à la régulation

– Conversion de chaînes de mesure en boucles de régulation fermées

– Analyse de boucles de régulation

– Utilisation de régulateurs

Dépannage

– Dépannage systématique d’une installation de process

– Vérification, maintenance et réparation d’installations de process

Objectifs pédagogiques

Connaître la structure et le mode de fonctionnement de l'installation de contrôle de niveau.

Savoir lire et compléter des schémas synoptiques.

Savoir lire et compléter des schémas électriques simples.

Connaître la structure et le mode de fonctionnement d’un manomètre.

Connaître la structure et le mode de fonctionnement d’une pompe.

Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un capteur de débit.

Savoir relever et analyser des caractéristiques.

Connaître les termes de commande et régulation.

Connaître les principes d'une régulation discontinue (tout ou rien) et d'une régulation continue.

Connaître les étapes essentielles de l'ingénierie, de la planification à l'exploitation.

Référence au programme et au métier en Allemagne

Types d'établissements Conception, études,

montage, marketing

Mise en service d'une

installation de

production

Commande Régulation

Collège d'enseignement

général, collège

d'enseignement secondaire

technique, 10e année

UP 2 UP 2


secondaire, 9e année

UP 2, 4 UP 2, 4 UP 2, 4 UP 4


secondaire, 10e année

UP 1 UP 1 UP 2 UP 2

UP = Unité de Programme

Introduction


Métiers par domaines

d'apprentissage

Conception, études,

montage, marketing

Mise en service

d'une installation de

production

Commande Régulation

Mécanicien des installations DA 7 DA 8, 9 DA 10, 11 DA 10, 11

Mécanicien des installations

sanitaires, du chauffage et de la

climatisation

DA 5, 6 DA 7 DA 10 DA 10

Laborantin en chimie DA 12 DA 12

Préparateur en chimie DA 4 DA 4, 5 DA 8 DA 5, 8

Électronicien DA 6 DA 3 DA 7

Électronicien en automatisation DA 10 DA 10 DA 6, 7 DA 10

Agent technique d'alimentation

en eau

DA 4, 13 DA 4 DA 4, 14 DA 4, 14

Mécanicien de précision DA 8, 16a DA 8, 16a

Mécanicien industriel DA 6 DA 13

Mécatronicien DA 10 DA 9 DA 4, 7 DA 7

Préparateur de l'industrie

pharmaceutique

DA 7 DA 7

Mécanicien en verrerie DA 9 DA 13

DA = Domaine d'Apprentissage

Didacticiel EduKit PA Ensemble modulaire de projet Automatisation des process, y compris contrôle des connaissances

Introduction


Structogramme du matériel EduKit PA Ensemble modulaire de projet Automatisation des process

Introduction


Exemple d’aménagement

Introduction


Positionnement dans la gamme de produits

Remarques importantes

La condition de base à l’utilisation en toute sécurité et au parfait fonctionnement de l'ensemble

modulaire de projet EduKit PA est de bien connaître les consignes élémentaires et prescriptions de

sécurité.

Le présent manuel contient les indications les plus importantes pour utiliser l'ensemble modulaire de

projet EduKit PA en toute sécurité. Les consignes de sécurité, notamment, doivent être respectées par

tous ceux qui travaillent sur l'EduKit PA.

Il conviendra en outre de respecter les règles et prescriptions de prévention des accidents en vigueur sur

le site considéré.

Introduction


Engagement de l’exploitant

L’exploitant s’engage à ne laisser travailler sur l'ensemble modulaire de projet EduKit PA que des

personnes :

au fait des prescriptions fondamentales de sécurité et de prévention des accidents et ayant été initiées

à la manipulation de l'EduKit PA,

ayant lu et compris le chapitre sécurité et les avertissements du présent manuel.

Dans le cas où l'EduKit PA n'est pas surveillé personnellement par l'exploitant, ce dernier désignera une

personne ad hoc dont l'aptitude technique lui permette d'apprécier à la fois la fonction et les dangers

émanant de la station à son égard et à celui de l'étudiant qui y travaille.

Le respect de la sécurité par le personnel sera vérifié à intervalles réguliers.

Engagement des étudiants

Toutes les personnes chargées de travailler sur l'ensemble modulaire de projet EduKit PA s’engagent, avant

de commencer, à :

lire le chapitre sécurité et les avertissements du présent manuel,

respecter les prescriptions fondamentales de sécurité et de prévention des accidents,

se familiariser avec les dangers spécifiques à l'air comprimé, sans lequel un ensemble modulaire de

projet ne pourrait fonctionner, et prendre les mesures adéquates de protection,

en cas de travaux de nettoyage et travaux de révision décidés par le surveillant, isoler en toute sécurité

la station du secteur.

Dangers liés à l’utilisation du système modulaire de production

L'ensemble modulaire de projet EduKit PA est construit conformément à l’état de l’art et aux règles

techniques reconnues en matière de sécurité. Son utilisation peut néanmoins mettre en danger la vie et la

santé de l’utilisateur ou de tiers ainsi qu’affecter l’intégrité de la machine ou d’autres biens.

L'ensemble modulaire de projet EduKit PA ne doit s’utiliser que :

pour l’usage auquel il est destiné et

en parfait état sur le plan de la sécurité.

Les défauts susceptibles d’affecter la sécurité doivent être immédiatement éliminés !

Garantie et responsabilité

Nos « Conditions générales de vente et de livraison » sont systématiquement applicables. Elles sont à la

disposition de l’exploitant au plus tard à la signature du contrat. Les recours en garantie légale et

responsabilité civile pour dommages corporels et matériels sont exclus si ces derniers sont dus à l’une ou

plusieurs des causes suivantes :

Introduction


Utilisation non conforme de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA

Montage, mise en service, commande et maintenance de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA

dans des conditions inappropriées

Exploitation de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA en présence d’équipements de sécurité

défectueux ou de dispositifs de sécurité et de protection mal montés ou non opérationnels

Non-respect des consignes données dans le manuel en matière de transport, stockage, montage, mise

en service, exploitation, maintenance et équipement de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA

Mauvaise surveillance d’éléments de l’installation sujets à une usure

Réparations non conformes aux règles de l’art

Catastrophes dues à l’action de corps étrangers et force majeure.

Festo Didactic décline par conséquent toute responsabilité quant aux dommages causés aux étudiants, à

l'établissement de formation et/ou à des tiers du fait de l'utilisation de la station en dehors du contexte

d'une pure formation, à moins que ces dommages ne soient imputables à une faute intentionnelle ou à une

négligence grossière de Festo Didactic.

Utilisation conforme

Cette station est exclusivement destinée à la formation initiale et continue dans le domaine de

l’automatisation et de la technique. Il incombe à l’établissement de formation et/ou aux formateurs de faire

respecter par les étudiants les consignes de sécurité décrites dans les manuels qui l'accompagnent.

L’utilisation conforme implique également :

le respect de toutes les consignes données dans le manuel et

la mise en œuvre des travaux de contrôle et de maintenance.

Consignes de sécurité

Généralités

Les étudiants ne doivent travailler sur la station que sous la surveillance d’une formatrice ou d’un

formateur.

Respectez les indications données dans les fiches techniques des différents composants, en particulier

toutes les consignes de sécurité !

Les enseignants et formateurs doivent pouvoir, de par leur formation et leurs connaissances (par

exemple dans leur spécialité et dans les prescriptions et normes) ainsi que de par leur expérience,

apprécier les dangers éventuels émanant de l'énergie électrique dans le cadre des travaux pratiques

qu'ils dirigent ou font exécuter.

Introduction


Électricité

N’établissez et ne coupez les connexions électriques qu’en l’absence de tension !

N’utilisez que des très basses tensions (TBT) de 24 V CC maximum.

Dans le cas du raccordement de certains composants électriques, capteurs notamment, veillez à la

bonne polarité. Une inversion de polarité ou un court-circuit peut détruire ces composants.

Les composants électriques sont précâblés d'origine et montés sur un rail en vue de leur fixation directe

au profilé rectangulaire. En option, ils peuvent aussi être livrés non câblés en kit. Dans les deux cas, les

travaux de câblage ne doivent être exécutés que par un spécialiste.

Ne versez pas d'eau sur les composants électriques. Au cas où de l'eau se déverserait par mégarde sur

des composants électriques, coupez immédiatement l'alimentation en tension. L'ensemble de

l'installation doit dans ce cas être contrôlée par l'enseignant ou le formateur en vue de déterminer les

dommages éventuels.

Évitez de surcharger les sorties numériques (TOR) par des courants d'intensité trop élevée. Avant de

raccorder un actionneur, déterminez par conséquent l'intensité maximale qu'il consomme.

Pneumatique

Pour la commande pneumatique du robinet à boisseau sphérique à 2 voies par vérin oscillant, réglez la

pression système entre 3 et 6 bar. Ne dépassez pas la pression maximale admissible de 800 kPa (8 bar).

N’appliquez l’air comprimé qu’après avoir branché et protégé tous les tuyaux.

Ne débranchez pas de tuyaux sous pression.

Mécanique

Montez tous les composants sur la plaque profilée.

Veillez à ce que le tuyautage et les branchements soient soigneusement exécutés.

Technique des process

Remplissez toujours la cuve inférieure en l’absence de tension !

Coupez la tension d'alimentation 24 V CC et débrancher le bloc d'alimentation du secteur (230 V CA).

Utilisez de l’eau du robinet ayant la qualité d’eau potable (recommandé) afin d’assurer une plus longue

autonomie à l'installation entre deux maintenances.

La température maximale de service de la cuve ne doit pas dépasser +65 °C .

La pression maximale de service du liquide dans les tuyauteries ne doit pas dépasser 0,5 bar.

La pompe ne doit pas tourner à sec. La pompe ne doit pas s’utiliser pour de l’eau de mer, des liquides

chargés ni des fluides visqueux.

Videz l'installation en ouvrant le robinet de purge une fois que vous avez terminé les travaux pratiques

ou avant d'apporter des modifications aux tuyauteries.

Vérifiez que le liquide n'est pas encrassé et, s'il l'est, changez-le au moins une fois par semaine.

Nettoyez la station en fonction des besoins, mais au moins une fois par semaine. Aucun produit de

nettoyage agressif ou abrasif ne doit être utilisé.

Une immobilisation prolongée de la station conduit à un vieillissement du liquide. Videz

systématiquement les cuves et les tuyauteries avant toute immobilisation prolongée de l'installation.

Aucun liquide ne doit rester trop longtemps dans l'installation, car il peut sinon y apparaître des

bactéries, comme, par exemple, les « légionelles ».

Introduction


Caractéristiques techniques de l'installation

Pression de service maximale dans les

tuyauteries

50 kPa (0,5 bar)

Alimentation en tension de la station 24 V CC / 4,5 A

Plaque profilée 350 x 200 mm

Hauteur de la station : Avec une cuve

Avec deux cuves

670 mm

1090 mm

Cotes intérieures du Systainer H 490 x L 360 x P 272 mm

Débit des pompes 0…6 l/min

Cuve d’eau propre 3 l maximum

Système de tuyauteries flexibles DN15 ( 15 mm)

Transport

L'ensemble modulaire de projet EduKit PA est livré en Systainer.

Les dommages subis lors du transport doivent être immédiatement signalés au transporteur et à Festo

Didactic.

Déballage

Lors du déballage de l'ensemble modulaire de projet, retirez avec précaution le matériau de calage du

Systainer. Lors du déballage, veillez à ne pas endommager les superstructures.

Une fois la station déballée, vérifiez qu'elle n'a pas été endommagée. Les endommagements doivent être

immédiatement signalés au transporteur et à Festo Didactic.

Fourniture

Vérifiez la conformité de la fourniture au bon de livraison et à la commande. Les non-conformités

éventuelles doivent être immédiatement signalées à Festo Didactic.

Contrôle visuel

Le contrôle visuel doit être effectué avant chaque mise en service !

Vérifiez avant le démarrage de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA :

les raccordements électriques et le câblage,

la bonne fixation, l’étanchéité et l’état des tuyauteries et raccords ainsi que des composants

pneumatiques et de leurs tuyaux de raccordement,

l’absence de défauts visibles sur les composants mécaniques et pneumatiques (fissures, liaisons mal

serrées, etc.).

Éliminez les défauts constatés avant le démarrage de la station !

Toutes les prescriptions et consignes doivent être respectées pour assurer le bon fonctionnement de

l'ensemble modulaire de projet EduKit PA.

Introduction


Maintenance

L'ensemble modulaire de projet EduKit PA n'exige pratiquement aucune maintenance. Il convient toutefois,

à intervalles réguliers, de :

nettoyer l'ensemble à l'aide d'un chiffon doux non pelucheux et vérifier la mobilité des composants,

vérifier que le liquide n'est pas encrassé ! Une immobilisation prolongée de la station peut conduire à

un vieillissement du liquide.

vider impérativement et complètement l'installation en cas d’inutilisation prolongée.

Mises à jour

La documentation technique de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA fait l’objet d’informations

d’actualité et de compléments que vous trouverez sur Internet à l’adresse : www.festo-

didactic.de/Service/MPS

Introduction


© Festo Didactic GmbH & Co. KG A-43

3. Installation

3.1 Sécurité

Information

Une instruction de travail règle de manière détaillée comment doivent s'effectuer certains travaux. Les

instructions de travail sont liées à un process, à un produit ou à un poste de travail donné. Elles sont à la

base d'un bon accomplissement des tâches par les employés concernés. Avant de mettre en circulation et

en application des instructions spéciales de travail, il faut que soit assurée une première initiation ou

instruction fondamentale à la sécurité au poste de travail et à la manière de la garantir.

Notez les consignes de sécurité données dans l'introduction !

Instruction à la sécurité

M./Mme

Service

Activité

A fait l'objet d'une instruction à la sécurité aux termes de la réglementation en vigueur.

Thème de l'instruction Date Personne instruite

(signature)

Supérieur hiérarchique

(signature)

1. Instruction générale à l'installation de contrôle de

niveau

2. Instruction à la manipulation de liquides

3. Instruction aux composants électriques

4. Les mises en service électriques sont du seul ressort

de spécialistes instruits.

5. Instruction générale à

utilisation de l'atelier

entrées/sorties de produits

travaux sur PC

utilisation de l'Internet/e-mail

installation téléphonique

Les prescriptions applicables de prévention des accidents sont celles des caisses d'assurance-accidents du travail du secteur de la

mécanique de précision et des industries électriques.

3. Installation

A-44 © Festo Didactic GmbH & Co. KG

3.2 Prémontage mécanique

Information

Les sous-ensembles seront à présent assemblés sur la base des spécifications du plan de montage.

Exercices

– Procédez d'abord au prémontage mécanique des sous-ensembles de l'installation de contrôle de

niveau. Complétez le plan de montage que vous avez déjà établi au chapitre « Planification » en

regroupant les opérations de montage en sous-ensembles.

Utilisez les dessins techniques des sous-ensembles comme modèle de montage.

Vous trouverez les dessins techniques des différents sous-ensembles sur le CD-ROM.

– Consignez par écrit les durées de montage dans le plan de montage déjà établi et modifiez le cas

échéant votre plan de montage si vous effectuez d'autres opérations de montage ou si vous trouvez de

meilleures solutions.

3.3 Précâblage électrique

Information

Les sous-ensembles seront prémontés conformément au plan de montage électrique du montage de base.

Exercice

– Les composants électriques seront d'abord précâblés. Procédez d'après le plan de montage que vous

avez déjà établi. Inspirez-vous du schéma électrique pour le câblage. Fixez ensuite les composants

électriques sur le rail.

3. Installation

© Festo Didactic GmbH & Co. KG A-45

– Consignez par écrit les durées de montage et modifiez le cas échéant votre plan de montage si vous

effectuez d'autres opérations de montage ou si vous trouvez de meilleures solutions. Consignez par

écrit les modifications dans le plan de montage.

3.4 Montage final et identification des composants

Information

Il s'agit maintenant, dans la dernière étape, de regrouper tous les composants mécaniques et électriques.

Exercice

– Procédez maintenant au montage final en vissant tous les sous-ensembles mécaniques et électriques

sur la plaque profilée et aux profilés rectangulaires et en reliant les bornes et les composants

électriques. (Voir dessin sur le CD-ROM)

– Complétez les listes de composants par leur identification, comme indiqué dans le schéma TI et le

schéma électrique. Inscrivez l'identification des composants sur des étiquettes et collez-les sur les

composants de l'installation.

3. Installation

A-46 © Festo Didactic GmbH & Co. KG

Repère Symbole graphique Signification du symbole graphique Identification

1 P101

2

Point de mesure de pression avec

indication (composant : manomètre)

PI103

3 FI

101

4

7

Cuve, réservoir (2) B101, B102

Liste des composants selon le schéma TI

Repère Symbole graphique Signification du symbole graphique Identification

10

Voyant « Start »

11

S1

S1

12

Bouton-poussoir « Start » S2

13

S3

S3

14

Relais

Liste des composants selon le schéma électrique

© Festo Didactic GmbH & Co. KG B-3

1. Mesure manuelle

1.1 Projet : transvasage de bains

1.1.1 Description de l'exercice

Information

Des opérations typiques de transvasage se rencontrent chaque fois qu'il faut filtrer des bains de liquides.

Citons comme exemples les piscines dans le domaine des loisirs ou, en technique, les bains d'acide d'une

installation de galvanisation Au fur et à mesure que le filtre se colmate, la résistance à l'écoulement

augmente en amont du filtre. À partir d'une certaine pression, le filtre doit être nettoyé ou remplacé. La

relation entre résistance (ouverture d'un robinet) et pression dans le liquide sera déterminée dans un TP.

Exercice

– Transformation selon schéma TI : transformez le montage de base à deux cuves de manière à pouvoir

effectuer les TP de mesure manuelle avec une seule cuve. Dans le TP, le robinet V103 représentera le

filtre. Son ouverture et sa fermeture simuleront la perméabilité du filtre.

M

P101

V102

PI

103

FI

101

V103

B101

V105

1. Mesure manuelle

B-4 © Festo Didactic GmbH & Co. KG

1.1.2 Préparation, contrôle

Opération réalisée

Transformez le tuyautage comme indiqué sur la photo. Enlevez le tuyautage menant à la cuve supérieure et

montez un bouchon d'obturation sur les raccords en T.

Fermez le robinet V105.

Vérifiez que tous les tuyaux sont bien branchés.

Vérifiez les tuyaux menant à la pompe.

Veillez à ce que le manomètre soit disposé juste en aval de la pompe !

Remplissez la cuve B101 de 3 l d’eau.

Branchez l'installation au bloc d'alimentation (24 V CC ).

Réalisation du TP :

Robinets V103 et V102 totalement ouverts, V105 totalement fermé. Amenez l'interrupteur sur « MARCHE » ;

la pompe se met à pomper de l'eau. Le robinet V103 sera fermé pas à pas au cours du TP.

À l'issue du TP, débranchez le cordon d'alimentation du secteur et les câbles de sécurité de 4 mm du bloc

d'alimentation.

À l'issue du TP, la cuve doit être vidée par l'intermédiaire du robinet V105.

1. Mesure manuelle


1.1.3 TP : mesure mécanique de pression

Remplissez la cuve et mettez ensuite la pompe en marche. Le robinet V103 est d'abord fermé et sera pas à

pas ouvert. Dans le TP, le robinet V103 représente le filtre. Son ouverture et sa fermeture simulent la

perméabilité du filtre.

– Lisez la pression de la pompe sur le manomètre.

– Observez le débit sur le regard du débitmètre.

Résistance (ouverture du robinet) et pression

Ouverture en % du robinet V 103 pe [bar] Q [l/min]

ouvert 0,18

80% 0,32

60% 0,3

40% 0,26

20% 0,22

fermé 0,32

1. Mesure manuelle


1.1.4 Dépouillement et conclusions

Exercice

– Reportez sur le diagramme la pression mesurée dans la tuyauterie en fonction de la position du

robinet :

– Comment évoluent la pression et le débit dans une tuyauterie quand on augmente continuellement la

résistance à l'écoulement dans la tuyauterie ?

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

– Pourquoi la pression ne continue-t-elle plus d'augmenter quand le robinet est fermé ?

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

– Expliquez le principe de fonctionnement de la pompe centrifuge.

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

1. Mesure manuelle


– Pourquoi ne doit-il pas y avoir d'air dans la pompe ?

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

– Quels sont les types de pompes utilisés en technique des process ? Cherchez chez différents

constructeurs. Récapitulez les caractéristiques et le domaine d'utilisation typiques dans un tableau.

Type de pompe Caractéristiques, domaine d'utilisation :

1. Mesure manuelle


Type de pompe Caractéristiques, domaine d'utilisation :

1. Mesure manuelle


1.2 Projet : installation de mélange


Information

Les opérations de mélange nécessitent généralement l'apport de composants en quantités constantes. On

trouve, par exemple, de telles installations de mélange dans la fabrication du béton. Dans un malaxeur à

béton, la fabrication d'un mélange de béton donné exige l'apport d'une quantité d'eau adéquate. Cette

quantité est dosée en fonction du temps. La condition est que le débit soit constant, par exemple de 60 l/h.

La relation entre résistance (ouverture d'un robinet), quantité d'eau pompée et temps nécessaire sera

déterminée dans un TP. Réalisez le TP avec le montage expérimental existant à une cuve.

1. Mesure manuelle


1.2.2 TP : mesure de débit

Il s'agit d'étudier la relation entre résistance (ouverture d'un robinet) et débit ainsi que quantité d'eau

pompée en un temps donné. Nous nous pencherons à cet égard sur la question du temps nécessaire pour

obtenir, pour différentes ouvertures du robinet V103, une quantité d'eau de 2 l dans la cuve supérieure.

Exercice

– Lisez le débit sur le regard du débitmètre.

– Réglez le débit à la valeur exigée.

– Remplissez la cuve supérieure.

– Chronométrez le temps nécessaire à la montée du niveau d'eau entre les repères 0,5 l et 2,5 l.

– Reportez le temps mesuré dans le tableau.

Q [l/min] Temps [s]

400

300

200

100

60

40

Débit par unité de temps

1. Mesure manuelle


1.2.3 Dépouillement et conclusions

Exercice

– Reportez les temps mesuré et le débit réglé dans le diagramme.

– Décrivez en phrases courtes ce que vous avez observé durant le TP.

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

– Combien de temps faut-il pour pomper 150 l si le débit est réglé à 90 l/h ?

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_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

1. Mesure manuelle


– Un volume de 2 l dans la cuve s'obtient en 0,033 h. Calculez à l'aide du temps mesuré le débit pour un

réglage quelconque du robinet V101. Vérifiez le débit que vous avez réglé à partir du résultat de votre

calcul.

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_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

4. Régulation automatisée

© Festo Didactic GmbH & Co. KG C-49

4.2 Projet : régulation de niveau par régulateur continu


Quand un boucle de régulation ne doit pas présenter d'écart de consigne, il faut utiliser des régulateurs

continus. L'une des caractéristiques d'un régulateur continu est, par exemple, d'avoir une grandeur réglante

analogique quand le capteur a délivré un signal analogique. La grandeur réglante se calcule, selon la

fonction de régulation, par différentes formules mathématiques.

Schéma de principe d'une boucle de régulation à régulateur continu

La boucle de régulation utilise, par exemple, un système de contrôle de niveau à évacuation ouverte

(comportement PT1>).

Grandeur réglante

Fonction de régulationY = ...

Amplificateur

Régulateur

Valeur réelleValeur de

consigne

w (0...1)

y (0...1)

Système réglé

Process

Capteur

x (0...1)

Les fonctions de régulation utilisées pourraient être, par exemple, les suivantes :

Régulateur Symbole graphique Fonction

Régulateur P

y = kp • e

kp = gain réglable

e = signal d'erreur w - x

Régulateur I

y = esum • TA/Ti

Constante de temps d'intégration (Ti) réglable

esum = somme des signaux d'erreur e

Addition du signal d'erreur e à chaque cycle.

Régulateur PI

Y = kp • ( e + esum • TA/Tn)

kp et constante de temps d'intégration (Tn) réglables

TA = période d'échantillonnage, temps de cycle du

programme

Régulateur PID

Y = kp • (e+ esum • TA/Tn+ (e-e_alt) • Tv/TA)

Constante de temps de dérivation (Tv) réglable

e_alt = signal d'erreur du cycle précédent

Nota

La pompe doit être commandée en analogique pour la régulation continue. La tension de commande

issue de l'EasyPort est de 0...10 V aux bornes du régulateur du moteur. Pour ce faire, le relais inverseur

K1 doit être commuté sur A2 = 1.


C-50 © Festo Didactic GmbH & Co. KG

4.2.2 TP : régulation de niveau par régulateur continu

Dans le TP qui suit, le niveau sera régulé par un régulateur continu. Dans l'exemple du chapitre « Régulation

manuelle de niveaux », le niveau était maintenu constant par variation de la tension du bloc d'alimentation.

La grandeur réglante sera à présent délivrée par le logiciel. Le TP sera réalisé avec quatre régulateurs

différents.

Pour tester le comportement de la boucle de régulation, différents réglages doivent être opérés. Pour

pouvoir tirer des conclusions, il est judicieux de ne toujours modifier qu'un seul paramètre et de faire alors

le TP. Les réglages sont indiqués à titre de propositions dans le tableau suivant.

– Lancez le logiciel et ouvrez le menu « Régulation continue ».

– Vérifiez le paramétrage du logiciel : mettre le relais inverseur A2 à 1 et spécifier la valeur de consigne.

– Réalisez les TP avec les régulateurs P, I et PI.

– Reportez vos observations dans le tableau.

Selon la version du logiciel, les valeurs de consigne peuvent aussi se saisir dans une sous-fenêtre.



4.2.3 TP : régulation de niveau par régulateur P

Nota

Avant chaque démarrage, vider la cuve B102 !

– Réglez successivement les valeurs ci-dessous et réalisez le TP.

– Documentez vos observations.

Paramètres Observations

N° Valeur de

consigne w

physique

Valeur de

consigne w

(normée)

Gain kp Grandeur

perturbatrice :

robinet manuel

V103

1 1 l 0,3 0,5 Ouvert de 10 %

2 1 l 0,3 2 Ouvert de 10 %

3 1 l 0,3 10 Ouvert de 10 %

4 1 l 0,3 5 Ouvert de 0 %

5 1 l 0,3 5 Ouvert de 20 %

6 2 l 0,2 5 Ouvert de 100 %

Exemple de corrigé pour régulation de niveau par régulateur P



Exercice

– Quelles sont les caractéristiques que vous constatez dans la boucle de régulation (système PT1 réglé

par régulateur R) ?

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

4.2.4 TP : régulation de niveau par régulateur I

Nota

Avant chaque démarrage, vider la cuve B102.

Paramétrage du logiciel

La grandeur réglante du régulateur I se calcule comme suit :

Y = somme des signaux d'erreur (e:sum) x période d'échantillonnage (TA)/constante de temps d'intégration (Ti)

Cette formule montre que Y varie rapidement quand Ti est faible, et lentement quand Ti est grande. Il faut

faire en sorte que Ti ne s''annulle pas, car Y serait sinon indéfini.

Commutation du logiciel sur « Régulateur I »

La valeur de consigne physique dépend de la capacité de la cuve et du fait que l'on travaille en litres ou mm

de niveau.



– Réglez successivement les valeurs ci-dessous et réalisez le TP.



N° Valeur de

consigne w

physique

Valeur de

consigne w

(normée)

Constante de

temps

d'intégration

Ti

Grandeur

perturbatrice :

robinet manuel

V103

1 – 0,3 1 Ouvert de 10 %

2 – 0,3 0,5 Ouvert de 10 %

3 – 0,3 0,1 Ouvert de 10 %

Nota

Il est possible que, dans une installation réelle, il y ait non pas régulation, mais oscillation permanente

(pompage).

Exemple de corrigé pour régulation de niveau par régulateur I



Exercice

– Quel est l'effet de la constante de temps d'intégration ?

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

– Quelle conclusion peut-on tirer en ce qui concerne le signal d'erreur ?

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

4.2.5 TP : régulation de niveau par régulateur PI (actions P et I en parallèle)

Pour mettre à profit les caractéristiques positives du régulateur P et du régulateur I, nous allons les

combiner. Il y a pour ce faire deux possibilités :

kp = 1

kp

Dans la combinaison de gauche, les régulateurs sont montés en parallèle, dans la combinaison de droite, en

série. Dans la pratique industrielle, la combinaison utilisée est celle de droite, figurant dans la norme

DIN 19226.

Nota

Avant chaque démarrage, vider la cuve B102.

– Réglez successivement les valeurs ci-dessous pour le régulateur PI (DIN) et réalisez le TP.





N° Valeur de

consigne w

(normée)

Gain kp Constante de

temps

d'intégration Tn

Grandeur pertur-

batrice : robinet

manuel V103

1 0,5 l 00,5 1 s Ouvert de 10 %

2 0,5 l 1 1 s Ouvert de 10 %

3 0,5 l 3 1 s Ouvert de 10 %

4 0,5 l 3 0,1 s Ouvert de 10 %

Exemple de corrigé pour régulation de niveau par régulateur PI

Exercice

– Quelle est la conclusion que l'on peut tirer quant à la constante de temps d'intégration Tn ?

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

– Quelle conclusion peut-on tirer en ce qui concerne le signal d'erreur ?

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

avec cd-rom - festo- · pdf file– dessin de schémas électriques ......

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