PCS-D équipement expérimental de système de contrôle de processus

I. Présentation du produit
Ce système permet de réaliser des exercices et des formations sur la régulation de pression, de débit et de niveau de liquide à valeur constante, ainsi que sur des systèmes de régulation complexes de type ratio, cascade, feedforward-feedback, etc. L’objet contrôlé est équipé d’un boîtier de commande. L’alimentation et le signal du boîtier sont séparés. Ce boîtier comprend un dispositif d’alimentation, un convertisseur de fréquence, un régulateur intelligent et des dispositifs de protection de base. Il offre également une interface d’extension.
II. Principales caractéristiques et exigences du système
1. Les paramètres régulés incluent des paramètres thermiques tels que le débit, la pression et le niveau de liquide. Les actionneurs comprennent des actionneurs pour les vannes de régulation et des variateurs de fréquence pour les régulateurs de vitesse. Outre la modification de la valeur de consigne du régulateur en cas de perturbation, le système peut également générer des perturbations dans l’objet via des électrovannes et des vannes manuelles.
2. Un paramètre régulé peut être intégré à plusieurs boucles de régulation avec différentes sources d’alimentation, différents actionneurs et différentes lignes de processus. En combinant différents éléments du système et en visant divers objectifs expérimentaux, il est possible de réaliser des dizaines d’expériences de contrôle de processus.
III. Exigences relatives aux performances
1. Alimentation : triphasée 4 fils 380 V et monophasée 3 fils 220 V ±10 % ;
2. Environnement de fonctionnement : température de -10 °C à +40 °C, humidité relative ≤ 85 % ;
3. Puissance : 2 kVA ;
4. Dimensions extérieures : environ 1200 mm × 780 mm × 1830 mm ;
IV. Exigences relatives à la composition du dispositif
Le système est principalement composé d’un châssis en acier inoxydable, d’un réservoir d’eau en acier inoxydable, de trois réservoirs d’eau en verre organique connectés en série et de tuyaux en acier inoxydable revêtus de plastique. Le système d’alimentation en eau comporte deux circuits : le premier comprend une pompe monophasée à entraînement magnétique, une vanne de régulation électrique, un débitmètre électromagnétique et une vanne de commande manuelle. L’autre circuit est composé d’un convertisseur de fréquence, d’une pompe à entraînement magnétique à fréquence variable, d’un débitmètre à turbine et d’une vanne de commande manuelle. Sa configuration est la suivante :
1. Éléments à contrôler :
(1) Châssis : acier inoxydable ;
(2) Réservoir d’eau : volume de 150 L, suffisant pour alimenter en eau les réservoirs supérieur, intermédiaire et inférieur. Une vanne de vidange est située au fond du réservoir ;
(3) Réservoirs de niveau : comprenant trois réservoirs (supérieur, intermédiaire et inférieur). Un capteur de pression en silicium diffusant et un transmetteur sont situés au fond de chaque réservoir. Ces réservoirs peuvent être combinés en un système de régulation de niveau à boucle unique (premier, deuxième ou troisième ordre) ou en un système de régulation en cascade à double ou triple boucle ;
(4) Pompe à eau : une pompe à entraînement magnétique assure l’alimentation en eau. Son débit est de 30 litres/minute, sa hauteur manométrique de 8 mètres et sa puissance de 180 W. Le corps de la pompe est entièrement réalisé en acier inoxydable. Cet appareil utilise deux pompes à entraînement magnétique, l’une pour un entraînement monophasé à pression constante de 220 V et l’autre pour un entraînement triphasé à fréquence variable de 220 V ;
(5) Tuyauterie et vannes : L’ensemble du réseau de canalisations est constitué de tuyaux en acier inoxydable revêtus de plastique. Les vannes manuelles sont toutes des vannes à bille. Le sens de circulation peut être librement sélectionné pour modifier l’état de connexion de la canalisation.
(6) Électrovanne : L’électrovanne est normalement fermée et fonctionne à une température de -5 à 80 °C.
2. Instruments de terrain :
(1) Transmetteur de pression : Transmetteur de pression industriel en silicone diffusé avec membrane isolante en acier inoxydable. Il utilise une technologie d’isolation du signal et compense la dérive thermique du capteur. Plage de mesure : 0-200 kP, précision : 0,5 niveau, alimentation : 24 V CC, signal de sortie standard : 4-20 mA.
(2) Transmetteur de niveau de liquide : Transmetteur de pression industriel en silicone diffusé avec membrane isolante en acier inoxydable. Il utilise une technologie d’isolation du signal et compense la dérive thermique du capteur. Plage de mesure : 0-5 kP, précision : 0,5 niveau, signal de sortie standard : 4-20 mA.
(3) Capteur de débit électromagnétique : Ce débitmètre électromagnétique intègre capteur et émetteur. Plage de débit : 0-1,5 m³/h, précision de mesure : ±0,5 %, sortie : signal standard 4-20 mA. (Capteur de débit électromagnétique et convertisseur)
(4) Débitmètre à turbine : Le capteur du débitmètre à turbine est constitué d’une turbine. L’émetteur, alimenté en 24 V CC, fournit un signal de transmission 4-20 mA et une précision de 1,0. Ce dispositif de détection de débit, doté d’un capteur et d’un émetteur intégrés de haute précision, est utilisé pour mesurer le débit dans la branche d’une pompe à fréquence variable et le débit de sortie d’un serpentin.
(5) Vanne de régulation électrique : Une vanne de régulation électrique intelligente à course linéaire permet de régler le débit de la boucle de régulation. L’unité de commande intègre l’actionneur électrique. L’alimentation est monophasée 220 V. Le signal de commande est de 4-20 mA CC ou 1-5 V CC, et la sortie est un signal de position de vanne de 4-20 mA CC.
(6) Convertisseur de fréquence : Le signal de commande d’entrée est de 4 à 20 mA CC et la sortie de conversion de fréquence 220 V CA est utilisée pour alimenter une pompe à entraînement magnétique triphasée.
3. Boîtier de commande :
(1) Boîtier d’interface avec l’objet expérimental : Ce boîtier est divisé en un boîtier d’alimentation et un boîtier d’interface de signal. Le boîtier d’alimentation contient les dispositifs d’alimentation, les commutateurs de distribution d’énergie et d’autres composants électriques de forte puissance ; le boîtier d’interface de signal sert principalement d’interface intermédiaire pour la connexion des signaux de faible courant au système de commande étendu.
(2) Composants d’instrumentation intelligents : Affichage numérique intelligent avec interface de communication, alarme, etc., permettant une régulation de niveau de liquide en double boucle fermée.
(3) Alimentation à découpage : Tension d’entrée : 220 V CA ; tension de sortie : 24 V CC ; puissance nominale : 100 W.
(4) Contacteur CA : 220 V
(5) Relais intermédiaire : 24 V CC
(6) Borne de câblage : bonne isolation, robuste et durable
(7) Isolateur : utilisé pour l’isolation et la conversion du signal, peut convertir un signal de tension de 0 à 10 V en une sortie CC de 4 à 20 mA.
V. Éléments expérimentaux
1. Essai du système de base
(1) Mesure de la pression, du niveau de liquide et du débit
(2) Mesure des caractéristiques de charge de la pompe
(3) Mesure des caractéristiques de régulation d’une pompe à fréquence variable
2. Recherche sur la mesure des caractéristiques de l’objet
(1) Mesure du niveau de liquide d’un réservoir d’eau à capacité unique à l’aide d’un modèle mathématique
(2) Mesure du niveau de liquide d’un réservoir d’eau à double capacité à l’aide d’un modèle mathématique
(3) Mesure des caractéristiques de débit d’une vanne de régulation électrique
3. Expérimentation d’un système de régulation à boucle unique
(1) Régulation du niveau de liquide d’un réservoir d’eau à capacité unique à valeur constante
(2) Régulation du niveau de liquide d’un réservoir à double capacité à valeur constante
(3) Régulation du débit en boucle fermée unique
(4) Régulation de la pression en boucle fermée unique
4. Expérimentation d’un système de régulation en cascade
(1) Régulation en cascade du niveau de liquide d’un réservoir d’eau à double boucle fermée
(2) Régulation en cascade du niveau de liquide et du débit d’entrée du réservoir d’eau
5. Expérimentation de la régulation du rapport de débit
(1) Système de régulation du rapport de débit en boucle fermée unique
(2) Régulation du rapport variable
6. Expérimentation de la régulation par anticipation et rétroaction
VI. Performances techniques
1. Entrée Alimentation : monophasée triphasée 220 V ±10 %
2. Environnement de fonctionnement : température de 10 °C à 40 °C, humidité relative ≤ 85 %
3. Puissance : 1,0 kVA
4. Dimensions : 800 mm × 600 mm × 1850 mm (longueur × largeur × hauteur)
5. Protections : l’appareil est doté d’une protection contre les défauts de mise à la terre et les fuites de courant, et sa sécurité est conforme aux normes nationales en vigueur.
VII. Système de contrôle DCS
1. Architecture réseau à trois couches : bus Ethernet pour la couche d’exploitation, bus Ethernet industriel pour la couche de contrôle et bus pour la couche de terrain.
2. Puissance de traitement matérielle :
Unité de contrôle principale : processeur Pentium II, 34 Mo de mémoire (dont 2 Mo de SRAM) ; unités de traitement des signaux d’E/S : architectures intelligentes.
3. Capacité de traitement du système :
Un système prend en charge 8 domaines, chacun disposant d’une capacité de traitement de 10 000 points d’E/S physiques et de 1 000 boucles de contrôle.
4. Module de contrôleur principal :
Tension d’entrée : 21,6 à 26,4 V CC. Redondance des modules : prise en charge de la redondance maître-esclave avec basculement à chaud, temps de commutation de redondance de 50 ms, mémoire SRAM de conservation des données après coupure de courant : 1 Mo. Protection contre les coupures de courant : mode de fonctionnement : batterie de secours ; durée de conservation des données après coupure de courant : 2 ans.
Réseau système : Ethernet : 100 Mbit/s. Mode de fonctionnement : redondance double réseau, débit de communication : 187,5 Kbit/s, 500 Kbit/s, 1,5 Mbit/s.
5. Module de fond de panier du contrôleur principal : prend en charge 4 modules ; les deux emplacements de gauche sont réservés aux modules de contrôleur principal et les deux emplacements de droite aux modules de bus d’E/S. Les interfaces externes du module de commande principal et du module IO-BUS sont situées sur le socle de commande principal à 4 emplacements.
6. Module d’alimentation système : assure la conversion du courant alternatif 110 V/220 V en courant continu 24 V CC, avec isolation des entrées et sorties, et une puissance de sortie nominale de 120 W.
7. Module d’alimentation auxiliaire : assure la conversion du courant alternatif 220 V en courant continu 24 V CC, avec isolation des entrées et sorties ; doté d’une protection contre les courts-circuits en sortie, l’alimentation se rétablit automatiquement après élimination du défaut.