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Sujet
Optimisation de la régulation des
paramètres humidité et densité sur des
lignes d’extrusion de croquettes
Projet de fin d’études – MIP2 – Réalisé pour la société Masterfoods en Hongrie
Présentation du projet

Masterfoods sur le site Bokros en Hongrie fabrique des aliments
secs pour animaux de compagnie.

Ces croquettes sont obtenues par un procédé d’extrusion puis
de séchage.

Procédé relativement instable rendant le contrôle des
paramètres humidité et densité du produit difficile.

Le contrôle de ces paramètres et cependant crucial pour des
raisons de qualité et de coût du produit fini.
Projet de fin d’études – MIP2 – Réalisé pour la société Masterfoods en Hongrie
Les enjeux

En terme de qualité

En terme de coût
Trop humide  risque de moisissure.  Variations importantes de densité 
Dysfonctionnements des machines
d’emballage = baisse d’efficacité
 Trop sec  Mauvaises
caractéristiques d’appétence
 Trop dense  Obligation de sur-doser =
pertes financières
 Trop dense  Mauvaise digestibilité

+ Aspect sous- rempli à l’emballage


Trop léger  Aspect sur-rempli à
l’emballage
Trop sec  Vente de matière première /
l’eau = pertes financières
Projet de fin d’études – MIP2 – Réalisé pour la société Masterfoods en Hongrie
Les objectifs

Faire une étude de la capabilité des lignes de production de
Bokros en terme de contrôle et de régulation de la densité et de
l’humidité.

Mise en place des systèmes, prévus dans le cadre du projet
« IDP », et relatifs au contrôle de l’humidité et de la densité
( densimètres en ligne et régulation automatique de la densité ).

Coordonner l’ensemble des travaux relatifs à l’humidité et à la
densité.
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Procédé d’élaboration des
croquettes
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Diagnostic
 Les mesures manuelles de densité sont trop incertaines et pas
assez fréquentes pour assurer un réel suivi de ce paramètre.
 Les mesures d’humidité sont acceptables mais également trop
peu fréquentes.
 La régulation PID des « liquides » est correcte en terme de
variation autour de la consigne ( environ +/- 1 % ) et le temps de
réponse en boucle fermée et largement suffisant par rapport au
temps de réponse du procédé.
 La régulation PID des poudres est trop incertaine ( le plus
souvent elle est mauvaise ! ) avec des variations importantes de
débit influant sur la densité.
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Diagnostic ( suite )
 La façon de réguler des opérateurs n’est pas toujours très
judicieuse ( en jouant sur les consignes de manière
intempestive sans laisser le temps au procédé de se stabiliser ).
 La densité des poudres, en provenance de la centrale de
broyage et de mixage, varie de manière très significative entre 2
« batch ».
 Le fonctionnement des séchoirs ( lignes 1 et 2 ) n’est pas bon.
- Mauvaise conception
- Mauvaise régulation des températures
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Travail à mettre en oeuvre

Optimiser le dosage des poudres

Optimiser les séchoirs des lignes 1 et 2

Mettre en service les densimètres

Implanter la régulation automatique de densité
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Le dosage des poudres
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Identification des problèmes

Compression du produit résiduel dans le silo 2 lors de la décharge du
silo 1 vers le silo 2.
 Vitesse de vis fixe et densité de poudre qui augmente  masse de poudre
plus importante dans le mixeur.

Mauvaise conception du bloc de régulation PID
 Pas de filtrage sur la valeur de sortie du PID
 Gain trop élevé
 Fréquence d’échantillonnage du bloc trop rapide
 Ce bloc privilégie la vitesse à la stabilité alors que le procédé nécessite le
contraire
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Identification des problèmes
(suite)

Phénomène de « pompage » observé sur la régulation de poudre lié
à des remontées de vapeur du mixeur vers la vis d’alimentation
Au même titre que le problème concernant les variations de densité de poudre entre 2
« batch » énoncé précédemment, ce problème a été identifié très tardivement. Je n’ai
donc pas pu travailler dessus.
Il est pourtant primordial d’apporter des solutions rapidement à ces deux problèmes
sans quoi aucune régulation automatique n’est envisageable à Bokros.
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« Solutions » apportées

Passer la décharge de 600 Kg à 300 Kg
 Diminue l’impact de la décharge sur la couche résiduelle dans le silo
2 et de ce fait l’amplitude des variations cycliques observée sur
l’intensité extrudeur.

Donner la possibilité de figer la vitesse de la vis d’alimentation
et permettre ainsi de « court circuiter » le bloc PID
 Diminue les variations autour de la valeur de consigne et stabilise
le procédé.
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Les séchoirs (lignes 1 et 2)

Rappel des problèmes
 Mauvaise conception
 Mauvaise régulation

Suggestions pour améliorer ces 2 séchoirs
 Effectuer les modifications mécaniques préconisées par l’expert
américain pour améliorer la redistribution d’air chaud (
compartimentation du séchoir )
 Donner la possibilité de fixer la consigne de débit de gaz des
brûleurs de manière à « court-circuiter » l’action du PID et
permettre ainsi l’identification des problèmes. ( problème de PID ou
autre problème ?).
 Appliquer régulièrement la procédure de calibrage des débits d’air
entrant et sortant décrite dans la notice d’utilisation du séchoir de la
ligne 3…
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Mise en service des
densimètres

Travail à effectuer
- Coordonner les fournisseurs pour faire « dialoguer » les programmes
(densimètres et fonctionnement général de chaque ligne)

Problèmes rencontrés
- Le programme des densimètres est une boite noire connue du
fournisseur uniquement.
- Le fournisseur ne connaît pas suffisamment le matériel choisi par
Bokros ( type d’automates, logiciel de programmation).
 Mise en place très longue due à de nombreux problèmes liés au
programme des densimètres.
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Mise en place de la régulation
prédictive

Régulation prédictive : Qu’est ce que c’est ?
 Un bloc de régulation du type PID amélioré
 Le caractère prédictif du bloc est donné par l’implantation d’un
modèle de comportement de la ligne d’extrusion.
 L’action du bloc de régulation à un instant t est calculée en
fonction, des mesures passées, de l’état du système à cet instant
et aussi de l’état futur du système prédit par le modèle.

Intérêt de la régulation prédictive :
 Ce type de régulation est nécessaire dans le cas ou le retard pur
d’un procédé est du même ordre de grandeur que le temps de
réponse en boucle ouverte.
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Travail pré-implantation à
effectuer

Système d’acquisition des variables du procédé
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Travail pré-implantation (suite)

Les tests incrémentaux
 L’enregistrement des tests incrémentaux permet l’identification du
procédé et la définition des paramètres du modèle dont dépend la
prédiction du régulateur.
 Ces tests doivent être effectués pour chaque produit car le modèle
peut différer en fonction du produit extrudé.

Préparation des automates et des écrans de supervision pour
l’implantation des régulateurs.
 Faire en sorte que les modes de fonctionnement des régulateurs
influent sur le comportement de la ligne ( ajuster les consignes
automatiquement, ne pas autoriser les changements des
opérateurs etc. )
 Permettre la commande des régulateurs des écrans de supervision
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Régulation mise en place
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Résultats
Type de régulation
Opérateur
Extrudeur
moyenne
ecart type
Refroidisseur
moyenne
ecart type
416,88
10,8609
427,6839
4,89
Rien toucher
420,5137
8,95625
420,2508
6,66
Régulation extrudeur
416,9853
8,51
428,4824
2,94
30
25
20
operateur
15
regulation
rien toucher
10
5
0
395 400 405 410 415 420 425 430 435 440
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Coordination du projet
Coordination des tâches : Master timing
MAY
Job to do
PLC data acquisition in Excel file
Upgrade drymix regulation line 1
Upgrade liquids regulation line 1
Densimeter calibration
I/O list for Predictive controller implementation in Quantum
Prepare I/O for implementation
Trials line 1 ( noise evaluation + incremental steps)
Identification, model set up and simulation of the controller line 1
Trials line 2 ( noise evaluation + incremental steps)
Intouch screen based on LCV application line1 and line 2
Implementation of the controller in the Quantum line 1 and line2
Help in implementation line 1 and 2 + test of the regulation line 1
Identification, model set up and simulation of the controller line 2
Set up of the system line 2+ test of the regulation line 2
Trials line 3 ( noise evaluation+ incremental steps )
Identification, new model and new regulation controller
By
Masterfoods
Masterfoods
Masterfoods
Masterfoods
Adersa
Masterfoods
Masterfoods
Adersa
Masterfoods
Masterfoods
Masterfoods
Adersa
Adersa
Masterfoods
Masterfoods
Adersa
JUNE
JULY
AUGUST
P5
P6
P7
P8
P9
W2 W3 W4 W1 W2 W3 W4 W1 W2 W3 W4 W1 W2 W3 W4 W1 W2 W3 W4
control team
control team
control team
control team
control team
control team
density regulation start from this week
timing not defined yet, possible tests during this period
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Conclusion

Les résultats ne sont pas encore là mais la voie est ouverte et
les outils sont aujourd’hui en place sur le site.

Les résultats viendront lorsque le fonctionnement des lignes
sera conforme aux objectifs fixés par le projet « IDP »

Une fois la densité régulée proprement et les séchoirs optimisés
il sera alors temps de travailler sur le volet humidité.
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