MEC-743

MEC-
Instrumentation et contrôle de
procédés industriels

MEC743

Cheminement de carrière
Professeur, Génie mécanique
(2007 - ...)
Ingénieur en conception électronique
Hyperchip
(2001 - 2003)
Ingénieur de test
Nortel Networks
(1997)

Doctorat en commande de satellites

(2003 - …)
Maîtrise en génie mécanique (2000)
- Hélios – Hélicoptère à propulsion humaine
Bacc. en génie électrique (1997)
- Omer 2 et 3, Formule SAE 96
DEC en systèmes ordinés (1993)

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1
Description du cours
Objectif:
Être en mesure de sélectionner et d’intégrer des
composantes de façon à pouvoir faire le suivi ou
asservir un procédé industriel.
Sommaire:
• Capteurs (principes et performances)
• Conditionnement, traitement et transmis-
sion des signaux
• Contrôleurs (PC et PLC)
• Actionneurs (moteurs, vérins, vannes, …)

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Plan de cours
Méthode pédagogique
• Exposés magistraux
• Travaux
T pratiques
ti en laboratoire
l b t i

Évaluation
• Laboratoires (5) 25%
• Devoir 5%
• Examen de mi-session 35%
• Examen final 35%

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Fonctionnement
Référence obligatoire:
Documents, en format PDF, disponibles sur le site web du
cours

Laboratoires (5):
• En équipe de deux ou trois personnes
• Une semaine pour remettre un court rapport

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Séances de laboratoire
Nombre réduit de poste(s) de travail pour
chacun des laboratoires

Dédoublement le vendredi matin (8h30 - 10h30 et

10h30 – 12h30).

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MEC-743, cours n°
MEC- n°1
Introduction au contrôle des
procédés

Bsata, Instrumentation et automation, chap. 1 et 13

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Plan de ce cours
• Notions de contrôle et exemples d’application
• Caractéristiques dynamiques des systèmes (réponse
transitoire, régime permanent, stabilité, …)
• Éléments d’une boucle de rétroaction (capteurs,
commande, contrôleurs, actuateurs)
• Types de contrôleur (« tout ou rien », PID, …)
• Analyse de procédés simples à ll’aide
aide de schéma
d’instrumentation et de contrôle

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4
Contrôle manuel

L’opérateur varie manuellement l’ouverture du

robinet d’entrée afin de s’assurer d’un niveau
d’eau optimal.

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Schématisation du système
Variable manipulée Variable à contrôler

Actuateur

Capteur

T
Transmetteur
tt
Dispositif
d’entraînement

Contrôleur

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5
Contrôle manuel

L’opérateur varie manuellement l’entrée de

vapeur dans le système afin de contrôler la
température de l’eau à la sortie (T2).

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Schématisation du système
Variable manipulée Variable à contrôler

Actuateur

Capteur

T
Transmetteur
tt
Dispositif
d’entraînement

Contrôleur

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Instrumentation: une définition
L’instrumentation d’un procédé désigne
ll’intégration
intégration de capteurs, d
d’appareils
appareils de mesure,
d’actionneurs et de régulateurs de façon à en
permettre le suivi ou le contrôle (automatisa-
tion).

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Avantages de l’automatisation
• Sécurité: Maintenir une variable à l’intérieur
d’une
d une plage qui assure la sécurité du
système.
• Stabilité: Maintenir une variable à une valeur
constante et ce, malgré les perturbations qui
peuvent affecter le procédé.
• Précision
Précision: Amener précisément une ne variable
ariable
à la valeur désirée de façon à assurer la
qualité et l’efficacité d’un procédé.

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7
Automatisation: une définition
Transformation d'un mécanisme, d'un appareil, d'une
machine, d'une installation ou d'un procédé en vue de
les rendre automatiques.
L'automatisation substitue des organes technologiques
(mécaniques, pneumatiques, électriques, magnétiques,
électroniques) aux organes humains d'effort,
d'observation, de mémoire et de décision. Certains
y
systèmes automatisés sont pprogrammés
g de façon
ç à
pouvoir prendre des décisions relatives à l'optimisation
d'un processus ainsi qu'à la détection et à la correction
d'erreurs, par exemple.
Le grand dictionnaire terminologique

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Automatisation

Vanne de régulation
à solénoïde

Thermomètre numérique
avec transmetteur
Automate
programmable

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8
Système automatique

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Régulation « tout ou rien »

(On/off control)

Mode de régulation qui ne comporte que deux positions

fixes (ouverte ou fermée, active ou inactive, allumée ou
éteinte, …)

www.spiraxsarco.com/resources/steam-engineering-tutorials

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9
Régulation continue
Mode de régulation qui permet l’ajustement continu d’un actuateur
(partiellement ouvert, position intermédiaire, etc.).
Dans ce type de contrôleur,
on retrouve souvent des
actions proportionnelles (P),
intégrales (I) et dérivées (D).

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Boucle de rétroaction
• Capteur: pour mesurer la variable à contrôler
(température, pression, niveau, débit, …)
• Contrôleur: pour analyser l’écart entre la
variable à contrôler et la consigne de façon à
émettre une commande appropriée
• Actuateur: pour agir sur le système au
travers d’une variable manipulable

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Exemples de capteur
• Position, distance, vitesse, accélération, …
• Force,
Force couple,
co ple …
• Niveau, débit, pression, viscosité, …
• Température, humidité, pH, …

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Exemples de contrôleur
• Électrique (analogique ou numérique) vs
pneumatique
• Régulation discontinue (tout ou rien) vs
régulation continue
• Logique câblée vs programmée (automate
programmable ou micro-ordinateur)

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Exemples d’actuateur
• Moteurs (CC, CA, pas à pas)
• Vérins (hydrauliques
(h dra liq es ou
o pneumatiques)
pne matiq es)
• Vannes
• Pompes et compresseurs
• Éléments de chauffage

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Contrôle en boucle fermée

Pour assurer une régulation efficace de la grandeur de
sortie d’un système, cette grandeur doit être évaluée
(mesurée) et ramenée à titre d’entrée dans le contrôleur
(rétroaction).

Perturbation

Consigne
Sortie
Contrôleur
Contrôleur Actuateur
Actuateur Procédé
Procédé
Commande

Boucle de
Rétroaction retour
Capteur
Capteur

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Contrôle de température

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Vitesse d’un convoyeur

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Contrôle multi
multi--variables
• Plusieurs paramètres ont un impact sur la
valeur à contrôler.
• Plusieurs capteurs et/ou actuateurs sont
utilisés dans les boucles de contrôle.
• Le contrôle se fait grâce à
■ Plusieurs contrôleurs simples et indépendants
■ Des contrôleurs en cascade (maître-esclave)
■ Un contrôleur complexe à plusieurs entrées et
plusieurs sorties

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Industrie du bois d’œuvre

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Vitesse d’un alternateur

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Schéma d’instrumentation
L’ISA (The Instrumentation, Systems, and
Automation Society)
y) a établi un certain nombre de
normes standardisant les symboles graphiques et
les codes d’identification utilisés dans la
désignation des composantes des systèmes de
contrôle.
• ISA-5.1: Instrumentation Symbols and Identification
• ISA-5.3: Graphics Symbols for Distributed Control/Shared
Display Instrumentation, Logic and Computer
Systems
• ISA-5.5: Graphic Symbols for Process Displays

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 Exemple
Contrôleur de débit
avec indicateur
Lien électrique Convertisseur
électrique
él ti / pneumatique
ti

Transmetteur de débit
(Différence de pression)
Lien pneumatique

Vanne de contrôle du débit

Élément sensible au débit (bloquée en position ouverte en cas
(Diaphragme à orifice) de défaillance)

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Codes d’identification

FIC
101
• La première lettre désigne la variable mesurée ou la
commande (F: débit)
• La ou les lettres qui suivent désignent la fonction de
l’élément (I: indicateur et C: contrôle)
• Le nombre qui suit (101) est souvent séquentiel et
identifie l’élément de façon unique

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Première lettre

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Première lettre (suite)

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17
Lettres suivantes

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Lettres suivantes (suite)

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Lignes de liaison
Alimentation de l'instrument
ou connexion au procédé

Signal non défini

Signal pneumatique

Signal électrique
ou

Signal hydraulique

Tube capillaire

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Lignes de liaison (suite)

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Symboles géométriques

Instrument discret

Instrument partagé

Ordinateur /
Traitement de données

Commande logique et
Séquentielle (PLC)

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Symboles spécifiques
Débitmètre

Plaque à orifice Tube de Pitot

Venturi Turbine

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Symboles spécifiques
Vanne

Symbole général Vanne à trois voies Vanne rotative Vanne papillon

Vanne qui, en cas de défaillance de l’alimentation,

demeure …

Commande manuelle

ouverte (FO) fermée (FC) barrée (FL)

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Symboles spécifiques
Conversion d’énergie

Moteur Pompe

Compresseur Turbine

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 Symboles spécifiques
Autres

Cuve Four Échangeur de chaleur

Agitateur Convoyeur

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Les fonctions

_Y

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Schémas d’instrumentation

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 Contrôle en « cascade »

TT

Pétrole brut
TC

FT1
FC
FCV

TY

Air
FT2
FFC

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