Brevet FR2125131A1 — publié le 19720929

On cornait différents types de régulateurs pneumatiques utili sés pour la régulation de processus industriels divers. A partir de deux signaux pneumatiques de menure M et de con signe C, ces appareils élaborent un signal de sortie S servant à commander le processus, généralement par l'intermédiaire d'une var.- ne. Ils sont alimentés par une pression d'air comprimé A de l'ordre de 1,4 bar. les régulateurs les plus usuels sont du type dit "PI" à actions proportionnelle et intégrale, ou du type dit "PID" à actions proportionnelle, intégrale et dérivée. Ges derniers régulateurs se présentent qous la forme de régulateurs à soufflets à action dérivée sur l'écart, ou de régulateurs à empilage de membranes à action dérivée sur la mesure. Dan le premier cas, ils comportent un étage unique PID et un amplificateur de débit (relais de débit ou relais pilote).Dans le second ca, ils comportent un étage D séparé, un étage PI et un amplificateur de débit analogue au précédent. On analysera ci-après le phénomène de saturation d'intégrale en se référant à l'exemple de la régulation de la température d'un four au moyen d'un régulateur fi. La fonction de ce régulateur est définie par la formule S = K (M-C) + (M-C) dt dans laquelle - S est la pression de sortie du régulateur - K la pression de mesure - C la pression de consine - T. le temps d'intégrale - K le -ain de l'action proportionnelle. i ur écart (M-C) positif est maintenu de façon prolongée par perturbation du processus, telle que l'ouverture de la porte du four, le second terme de S et S tendent vers la pression d'alimenstation, -oit 1,4 bar. lorsque la perturbation disparais, par suite se la fermeture au tempo t de la porte iu four, l'çcart (M-C) diminue. Le -econd terme de @,ainsi que S,resteront à la valeur 1,4 bar jusqu'à ce que l'écart (.-q) s'annule au temps t1. Alors seulement le régulateur ne remet à fonctionner normalement et la pression de sortie S diminue.Mais, compte tenu de l'inertie du processus,l'é- cart (N-C) envient négatif et peut atteindre une valeur de depassement X importante au temps t, Ce dépassement X est parfois inacceptable en raison du risque de détérioration ou de destruction des matières traitées dans le four. Le phénomène qui vient d'être analysé est identique avec les régulateurs PID à soufflets (dérivée sur l'écart). il est moins accentué avec les régulateurs PID à empilage de membranes (dérivée sur la mesure).On n'analysera pas plus avant ces derniers phénomènes qui ont été étudiés par J.BOUCHON dans un article paru dans le numéro d'août-septembre 1969 de la revue MESURES. D'une façon générale, le retard de désaturation (t1 - to) du régulateur provoque un dépassement important X sur les processus à grande inertie. L'invention a surtout pour but d'éviter les inconvénients susmentionnés, en combinant au régulateur un dispositif de dé satura- tion d'intégrale permettant de désaturer le régulateur avant que l'écart (M-C) ne s'annule. de Elle a pour objet un dispositif/désaturation d'intégrale pour régulateur pneumatique à actions multiples, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il est constitué d'un recopieur de pression d'intégrale à sortie limitée, incorporé au régulateur à l'entrée de la chambre d'intégrale. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés, concernant une forme particulière de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif. La fig. 1 est une représentation schématique d'un régulateur PI usuel. La fig.? est une représentation également Qchématique d'un régulateur PI avec on déaturatur d'intégrale selon l'invention. La fig. 3 est une vue détaillée du désaturateur d'intégrale. La fig. 4 est son diagramme de saturation. La fig. ) est la courbe représentant la variation de la pression de sortie en fonction du temps lors d'une perturbation du processus, avec un régulateur P.I usuel. La fig. 6 est la courbe obtenue avec un régulateur P.I muni de son dispositif de dé saturation. La fig. 7 et une courbe analogue à la précédente dans le cas d'un régulateur PID (dérivée sur la mesure). Sur cette courbe comme sur les précédentes, on a supposé le régulateur branché en inverse.(M-C) est alors remplacé par (CL). Sur la figure 1, le repère 1 désigne le corps d'un régulateur P.I usuel, à l'intérieur duquel sont aménagées, de façon connue en soi, les chambres de mesure, de consigne, d'intégrale et de contre action. On a symbolisé respectivement par les lettres M,C et les signaux de mesure, de consigne et de sortie du régulateur. La pression d'intégrale Pi est admise dans la chambre d'intégrale, et elle est obtenue à partir de la pression S, à travers un ensemble résistance R. - capacité Ci. i I L'équation générale du régulateur peut e mettre sous la forme S = K (M-C) + Pi. S Etant donné que Pi = 1 + Tip avec Ti = Ri x Ci, p étant la variable de Laplace de la fonction de transfert, l'équation peut encore s'écrire M-C = K (M-C) + K T.p TiP Mur la fig. 2 on retrouve les mimes éléments que sur la fig. 1. On a prévu en outre un désaturateur d'intégrale 2 dispose en aval Je la capacité Ci, à I'entrée de la chambre d'intégrale du corps 1. Sur la fi. 3 on voit de façon plus détaillée les léments du désaturateur 2. Il est constitué d'un recopieur classique 3 dont la sortie est limitée par une fuite à l'atmosphère réglée au moyen d'une résistance R. Le recopieur 3 comporte deux chambres, respectivement 4 et 5 séparées par une membrane souple 6. La chambre supérieure 4 reçoit la pression Pi. La chambre inférieure 5, alimentée à une pression P a de 1,4 bar par exemple, à travers une restriction r, est reliée a la chambre d'intégrale. La chambre 5 comporte en outre, une buse d'échappement 7 dont l'orifice vient presque au contact de la membrane 6 lor-que cette dernière est en position d'équilibre. In désignant par P la pression de ortie du recopieur admise dan la chancre d'intégrale, ledit recopieur fonctionne de la façon suivante : Si > la membrane 6 se soulève, donc l'échappement par la bu- -e 7 augmente, et g diminue. Si La seule position d'équilibre possible correspond à P = Pi. Lorsque la valeur de Pi devient importante, la membrane 6 vient prendre appui sur l'orifice de la buse 7 et la pression de sortie P prend une valeur déterminée par la fuite à l'atmosphère de la résistance R, compte tenu de l'alimentation de la chambre 5 par la pression Pa, soit 1,4 bar, à travers la restriction r. En pratique r est fixe et on règle PO en mofifiant R. Sur la figure 4, on a représenté la variation de P en fonction de Pi. La saturation du recopieur 3 est réglée à une valeur PO inférieure à la saturation de 1,4 bar du régulateur, soit 1 bar par exemple. Etant donné les explications qui précèdent, il est maintenant facile de comprendre le fonctionnement du régulateur équipé de son dispositif de dé saturation à recopieur. Ce fonctionnement est expliqué ci-après en se référant aux figures 5,6 et 7. Tant que Pi est inférieur à PO, on a P = Pi et le régulateur i i fonctionne normalement. Lorsqu'une perturbation prolongée (ouverture de la porte du four) maintient l'écart (M-C) positif, l'équation du régulateur devient S = K (M-C) + Po Après la disparition de la perturbation (fermeture de la porte) l'écart (M-C) diminue puis s'annule. La pression de sortie S du régulateur sera alors égale à P au lieu d'être égale à Pa > soit, 0 dans l'exemple choisi, 1 bar au lieu de 1,4 bar. L'instant t' où la pression de sortie S commence à descendre au dessous de 1 1,4 bar correspond à un écart M = C = S - Po - 1,4 - Po K K On remarquera que le dispositif décrit n'annule pas le dépassement X avec un régulateur PI. Il le diminue seulement de façon sensible, et d'autant mieux que la pression P est proche de la o position normale de la vanne de commande du processus. La figure 6 illustre l'amélioration obtenue par rapport à la fifre 5 ( régulateur PI sans désaturateur d'intégrale). avec les régulateurs PID, ce dispositif associé à la dérivée sur la mesure permet de supprimer totalement le dépasnement X, comme cela est représenté sur la figure 7. Le calcul et l'expérience montrent que, dans le cas des régulateurs à réglage pneumatique d'action proportionnelle, le gain du régulateur se trouve augmenté dans la zone Pi > Po , ce qui est favorable à la bonne marche du régulateur dans la zone AB (fig.6) REVENDICATIONS 1/ Dispositif de désaturation d'intégrale pour régulateur pneumatique à actions multiples, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il est constitué d'un recopieur de pression d'intégrale à sortie limitée, incorporé au régulateur à l'entrée de la chambre d'intégrale, 2/ Dispositif de désaturation d'intégrale suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une résistance de fuite montée à la sortie du recopieur pour en limiter sa pression de sortie. 3/ Dispositif de désaturation d'intégrale suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la résistance de fuite est réglable.