REGULATION DE NIVEAU

IUT de Mulhouse - Département GEII
Automatique
REGULATION DE NIVEAU
Régulateur PID réalisé par API
Les processus industriels commandés par des régulateurs PID sont
extrêmement répandus et doivent être réglés de façon à avoir un comportement
optimal. Pour cela une identification du processus à asservir est nécessaire. Cette
manipulation a pour objet de procéder à l’identification d’un processus industriel, en
utilisant la méthode de ZIEGLER-NICHOLS en boucle fermée, pour ensuite régler
un régulateur PID de façon optimale.
I.
IDENTIFICATION DE ZIEGLER-NICHOLS EN BOUCLE FERMEE
La méthode d’identification de ZIEGLER-NICHOLS consiste à assimiler toute
réponse apériodique de fonction de transfert d’ordre supérieur à 2 à une fonction de
transfert composée d'un intégrateur du premier ordre et d'un retard :
F(s)= k.e-Rs/s
L’identification se fait à partir de l’examen de l’enregistrement graphique de la
réponse indicielle réelle du système en boucle fermée avec un PID initialisé à 1.
Ensuite le gain P est augmenté progressivement jusqu'à obtention d'oscillations
entretenues. Dès que ces oscillations sont obtenues, il ne faut plus augmenter la
valeur de P. Cette valeur est appelée Pc, le gain critique. Il faut ensuite mesurer la
période critique Tc de ces oscillations. A l'aide de Tc et Pc il est désormais possible de
trouver le PID optimal grâce aux réglages proposés par ZIEGLER-NICHOLS :
Les réglages du PID sont :
kp
0,6 Pc
Ti
0,5 Tc
Td
0,125 Tc
Schéma et fonctionnement du simulateur
La maquette comprend 2 réservoirs. Elle permet de mettre en évidence les
difficultés rencontrées dans les processus industriels réels. Seul le réservoir 1 sera
utilisé, avec ou sans retard en service.
La commande utilise un API TSX57 PREMIUM qui inclut des régulateurs de type
PID permettant de réaliser une régulation de niveau. L'interface homme-machine
est réalisée par un terminal de dialogue opérateur de type XBTF.
L'écran initial permet de sélectionner les boucles de régulation programmées à
l'aide des touches R2 "↑" et R4 "↓". La commande directe des actionneurs peut se
faire à partir des touches F1 à F12.
!Simulateur de niveau - 1
2012
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Automatique
NE PAS MODIFIER LE REGLAGE DE LA PERTURBATION
(touches F11 et F12:"pert↑" et "pert↓")
!! NE JAMAIS VIDER COMPLETEMENT LE RESERVOIR 1 !!
II. PREPARATION

Expliquer le fonctionnement et le rôle des différents appareils utilisés.

Expliquer le fonctionnement de l’ensemble.

On choisira de régler le débit en commandant la vitesse de la pompe. Quel est
l'avantage par rapport à une pompe à débit fixe et une vanne proportionnelle?

A partir du schéma synoptique, établir le bloc-diagramme de cet
asservissement
SP = Set Point= consigne
Quelle est la méthode adaptée pour la correction
OV = Output Value= commande
de systèmes retardés ? (non étudiée en Bac+2)
PV = Process Value = Mesure

III. MANIPULATION
1. Mise en route
• Fermer l'interrupteur général du SIMUREG.
• Mettre la pompe en service (Interrupteur POMPES à presser pendant 2
secondes), vous entendez la pompe fonctionner
• Après chargement de l'application, sélectionner EV2 (pas de retard)
• Ouvrir la vanne VM1 à 100% avec la touche "VM1 ↑ "
• Augmenter sa vitesse pour faire remonter le niveau avec " pompe↑"
• Sélectionner avec R2 et R4 la boucle "R1_pompe" , puis valider par R1 pour
passer à l'écran de réglage de la boucle. Régler la consigne SP à 50.
• Fermer la boucle en passant en mode AUTO avec la touche R8 "AM"
• Sur le PC, lancer le logiciel «courbesutw.exe» (licence éducation limitée à 2
heures d'utilisation)
• Sélectionner « Simureg », puis « Réservoir 1 pompe ». Choisir la Base de
Temps = 1s ainsi que le nombre de mesures (300 pour 5 mn), et enfin
cochez "capturer".
Pour modifier un paramètre sur l’écran de contrôle « MAGELIS » de l’API,
appuyer sur "MOD", puis les flèches clavier pour sélectionner le paramètre, puis de
nouveau sur "MOD" et entrer la nouvelle valeur avec le clavier numérique et enfin ,
valider par " ENTER".
Les paramètres modifiables sont : Kp, Ti, Td, Kd, SP et OV.
Remarques: OV ne peut être changé qu'en mode Manuel (B.O.).
PV n'est pas modifiable !
!Simulateur de niveau - 2
2012
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2. Réponse en boucle fermée (AUTO)
sans retard
• Régler le correcteur PID comme suit : kp = 20 Ti = 15s Td =0 pour SP=40 cm
 Attendre que le régime permanent soit
IMPRESSIONS
atteint. Que vaut PV? Conclusion...
Ne pas cliquer sur :
avec retard
Effectuer la capture d’écran de la partie
• Sélectionner EV1 et fermer EV2.
représentant les courbes avec LightScreen
puis ouvrir l’image Screenshot.jpg (située sur
 Que se passe-t-il ? Quelle est l'origine
le bureau) avec PhotoFiltre, aller dans
du phénomène ? Caractérisez-le.
Réglages/Remplacer_une_couleur et mettre
du blanc à la place du fond gris.
Enfin lancer l’impression !
3. Etude de la précision statique en B.F
avec correcteur, sans retard (EV2)
• Régler le correcteur PID comme suit : kp = 1 et Ti = 0s (pas d'action I); Td =0s.
• Vérifiez que la consigne est toujours SP à 40 cm.
Cette mesure fait
 Pourquoi n'atteint-on plus PV = 40 ? Quelle est la
beaucoup
chuter le
valeur finale ? Que vaut l'écart permanent ? Le gain
niveau mais ne vide
statique ?
pas la cuve
• Modifier le gain : kp = 2 puis 5 puis 10
 Dresser un tableau récapitulatif des écarts permanents enregistrés en fonction
des 4 valeurs de kp.
 Conclusions de cette étude.
4. Identification (Méthode de ZIEGLER-NICHOLS en B.F.)
avec correcteur, avec retard (EV1)
On va procéder à l'enregistrement de la réponse indicielle du processus avec retard
en appliquant la méthode d’identification détaillée sur la première page du sujet.
• Régler le correcteur PID comme suit : kp = 20 et Ti = 0s (pas d'action I); Td =0s.
• Passer en mode Automatique (B.F). par R8 "AM" ou A/M sur le PC.
• Attendre la stabilisation du processus.
• Augmenter Kp par paliers de 5 jusqu'à obtention d'oscillations entretenues.
• Capturer l'enregistrement des oscillations.
• Imprimer en mode paysage.

5.

Mesurer Pc et Tc.
Optimisation avec correcteur PID
Calculer les réglages optimaux du régulateur P. I. D. et les entrer dans l’API.
• Toujours avec EV1 ouverte, enregistrer l'évolution du niveau pour des
variations autour de SP=40% sur 5 mn. ( Kd=1)

Conclusions.
!Simulateur de niveau - 3
2012
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Automatique
• Appliquer un échelon de consigne en faisant passer SP de 40 à 50cm en
utilisant la même méthode ("Capturer", puis immédiatement "ENTER")

Commenter la réponse enregistrée:retard, dépassement, pseudo-période,
temps de réponse…

Changer Kd = 10. Que se passe-t-il? Pourquoi?
• Remettre Kd= 1. Attendre le régime permanent.
ARRET DU SIMULATEUR
• Passer en MANU avec OV=100%. Le réservoir se remplit. Lorsque PV atteint
60, éteindre le simulateur avec l'interrupteur général de façon à conserver le
réservoir 1 plein à au moins 60 cm.
6. Simulation du système
Grâce à l’essai de juste instabilité, on se propose de modéliser le système complet
pour retrouver en simulation les courbes obtenues expérimentalement. Il faut donc
avant tout obtenir la fonction de transfert du système. On utilisera un modèle de type
Broïda identifié avec l’essai de la juste instabilité en BF :
F(s)= k.e-Rs/(1+τs)

A partir de votre tout premier essai, en déduire les valeurs de k, R et τ.
•
Utiliser le logiciel Acsyde pour retrouver les essais en BF de la question 2 puis
rajouter le correcteur PID avec les valeurs optimales obtenues à la question 5
pour retrouver par la simulation les résultats de la question 5.
Légende:
 Question
• Action
!Simulateur de niveau - 4
2012
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SIMUREG
LOGICIELS
ECRAN MAGELIS XBTF
1- Ecran initial
2- Ecran de réglage
AUTOMATE TSX 57 PREMIUM
Application en PL7
RS-485
Interface
RS-232
P.C. sous WIN 2000 avec:
1- Logiciel OPC/Opc Factory Server *
2- Logiciel avec macros VBA et librairie
spécifique OFS
* OFS : Serveur de données capable de communiquer avec les équipements TEMPS
REEL des API PREMIUM et de servir des données au client OPC
OPC : OLE (Object Linking & Embedding) for Process Control
!Simulateur de niveau - 5
2012
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SIMUREG
RETARD
EV2
EV1
EV1
0-20mA
RES 1
Capteur niveau
0-20mA
PV
AUTOMATE
VM1
VM1
TSX 57
PREMIUM
EV2
VM3
LT1
PERT
0-20mA
M2
Débit
Sortie
Convertisseur
PERT
0-20mA
U3
0-20mA
U2
0-100Hz
Niveau bas
Sortie analogique
Entrée analogique
E/S tout ou rien
!!
!
Altivar
0-20mA
0-100Hz
FT2
FT1
Variateur
Vitesse
pompe
Débitmètre
Débitmètre
Convertisseur
Débit Entrée
Pompe
Pompe
RECUP
M1
0-50Hz
Simulateur de niveau -
LE1
2010/2011