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ED 1001

Produits distribués dans la province de : Québec
ED 1001

ED 1001

1. Description du système
 

Le système ED-1001 semi-portatif a été conçu à des fins éducatives pour l'apprentissage des notions d'instrumentation, de régulation, de commande et d'automatisation des procédés continus.

Il permet à l'utilisateur de se familiariser sur des procédés réels en lui permettant de raccorder lui-même les différentes composantes du système, de procéder aux différents étalonnages et de régler les paramètres de régulation (tout ou rien « on/off », P, PI et PID). Les stratégies de commande peuvent être modifiées et le système permet aussi la commande de type cascade.

Un manuel de laboratoire incluant une série d'expériences déjà éprouvées est fourni avec le système (sur papier et en format digital). Les plans dessinés avec le logiciel AUTOCAD sont également fournis sur papier et en format digital.

Conception
 

La conception s'est effectuée en étroite collaboration avec le milieu scolaire collégial et les intervenants directs sur la clientèle étudiante et adulte, c'est-à-dire les enseignants. En ce qui concerne le choix des composantes, il s'est effectué en fonction de la réalité industrielle, autant en ce qui concerne la robustesse, la justesse, que le choix des manufacturiers.
Le choix du type de procédé, des boucles et de leurs caractéristiques statiques et dynamiques (constantes de temps, temps de délai, gains de procédé), ainsi que la préparation des laboratoires, ont été réalisés par Monsieur Michel Ruel, ingénieur, consultant et professeur au Cégep Lévis-Lauzon.
Bien connu comme étant une référence dans le domaine de l'instrumentation et du contrôle, M. Ruel est aussi l'auteur d'un bon nombre de livres et de logiciels dans le domaine, dont Régulation de procédés ouvrage déjà très répandu dans les institutions d'enseignement et dans le milieu industriel. Sa participation en tant que concepteur est votre garantie de qualité, de bon fonctionnement et l'assurance que le tout est bien adapté à votre spécialité, c'est-à-dire l'enseignement des principes et des concepts en instrumentation et en automatisation.


Procédés
 

Le système se compose des boucles de régulation des variables suivantes : 

  •  boucle de niveau
  •  boucle de débit
  •  boucle de pression, (le même transmetteur est utilisé pour chacune des boucles)
  •  boucle de température

Protection et alarmes (automate programmable)
Des capteurs permettant une logique d'alarme et de protection, l'automatisation séquentielle ainsi que la commande par lots <"Batch control"> : 

  •  flotte de bas niveau
  •  contacts du (des) régulateur(s)
  •  interrupteur de niveau supplémentaire
  •  interrupteur de pression (option)

Afin d'assurer la sécurité des utilisateurs, le système est approuvé INCHCAPE WARNOCK HERSEY (équivalent CSA).
 

Description du procédé
Le système consiste à pomper de l'eau dans un réservoir, puis à recirculer cette eau. Utilisant une pompe très silencieuse, l'eau de la réserve est pompée dans un réservoir de 50 pouces via une vanne de régulation, laquelle régularise le niveau si le système est en boucle simple ou le débit si les boucles sont en cascade. La sortie de ce réservoir se déverse dans une réserve et retourne à la pompe. Cette même réserve contient un élément permettant de chauffer l'eau (boucle de température).

Le système de sécurité coupe l'élément chauffant si la pompe de circulation n'est pas en fonction, laquelle est protégée par une flotte de bas niveau. Deux alarmes configurables sont aussi disponibles pour l'utilisateur.

Le système a été conçu pour être utilisé autant en laboratoire qu'en classe théorique, ne requérant qu'une alimentation électrique de 120 Vca et pneumatique de 20 lbs/po.2 ou plus (un réservoir d'air comprimé est offert en option permettant une autonomie d'environ une heure quand le positionneur n'est pas utilisé). Étant sur roues et de faibles dimensions (6 pieds de haut sur 3 pieds de large), il est facilement transportable et facile à remiser. Recirculant son eau, il ne requiert pas de drain de plancher pour fonctionner.

Pour assurer la sécurité des utilisateurs, le système est approuvé INCHCAPE WARNOCK HERSEY.

Sa façade blanche, sur laquelle sont montés les régulateurs et commandes, peut servir de tableau, permettant à l'utilisateur de tracer à l'aide d'un crayon à encre sèche les raccords entre les différentes composantes. Les composantes montées à l'arrière du panneau de façade y sont représentées selon les normes industrielles reconnues, soit la symbolisation ISA (normes 5.1 à 5.5).

Les raccords entre les composantes s'effectuent par l'arrière, via l'utilisation de câbles avec connecteurs rapides. Les différentes boucles ne sont donc pas connectées en permanence, permettant ainsi des combinaisons différentes des composantes.


2. Sommaire des notions et techniques pouvant être expérimentées
 

Régulation

Comprend 4 boucles (débit / niveau / température/ pression), permettent à l'utilisateur de se familiariser avec :

  •  mesure de débit par pression différentielle
  •  mesure de niveau par pression hydrostatique
  •  mesure de température par bulbe résistif
  •  étalonnage, éléments terminaux, vannes et autres
  •  opération
  •  mise en service
  •  démarrage
  •  signaux standards et convertisseurs
  •  4-20 mAcc,
  •  3-15 lbs/po.2,
  •  proportion de temps (" time proportioning ")
  •  symbolisation courante ISA
  •  régulation: tout ou rien (on/off), P,PI, PID
  •  réglage des paramètres d'un régulateur
  •  mise en marche d'une boucle de régulation
  •  boucle simple ou en cascade
  •  commande par lots ("Batch control")
  •  supervision de procédé par un logiciel et micro-ordinateur

Automatisation
 

Il est possible d'automatiser le procédé continu ou de réaliser des séquences indépendantes, par exemple avec un automate programmable :

  • gestion des alarmes
  • système de protection permettant les sécurités entre les composantes entrebarrages, ("interlock") ainsi que la familiarisation avec la gestion d'alarme (séquence)
  • séquences de départ et d'arrêt avec ou sans vérification, démarrage de la pompe sur niveau haut/bas
  • séquences d'événements (temps ou conditions)

3. Considérations pratiques

Raccordements
 

Tous les raccords entre les différentes composantes se font à l'aide de connecteurs rapides. Il est aisé de raccorder le système à d'autres appareils.

Mesures
Toutes les mesures sont facilement prélevées à partir des borniers ou des raccords. Les signaux sont standards soit 4 à20 mA et 1 à 5 V.
Des manomètres de pression permettent de vérifier les valeurs tant pneumatiques qu'hydrauliques.
Un multimètre incorporé au panneau de raccordement est offert en option pour la vérification et l'étalonnage.

Sécurité
Chacun des principaux circuits alimentés sur 120 Vca a son propre fusible monté sur porte-fusibles à bascule, permettant un débranchement rapide et sécuritaire.
Le système a reçu l'approbation INCHCAPE WARNOCK HERSEY (équivalent CSA).

Bruit
La pompe utilisée est des plus silencieuse, permettant son utilisation près de ou dans une classe de théorie sans problème.

Débordements inexistants
Le système ne nécessite pas de drain de plancher. En effet, la réserve d'eau est utilisée en circuit fermé et les débordements se font dans le réservoir de réserve.

Transport
Sa structure d'aluminium rend le système léger et facile à manipuler.
Des roues facilitent le transport et les dimensions sont prévues pour que le système puisse traverser un cadre de porte standard.

Tableau
Façade/tableau permettant le dessin des raccordements entre les différentes composantes.

Expériences
Une série d'expériences est fournie avec le montage, ainsi que les procédés modélisés dans des fichiers pour expérimenter avec la Régulation PID.

4. Liste des composantes du système (instrumentation)
 

Système de base (boucle de niveau, de débit et de pression)
 

Transmetteur de pression différentielle Le transmetteur est utilisé pour la mesure de niveau, de débit ou de pression.

  •  Manufacturier : ABB modèle 266
  •  Caractéristiques: Justesse +/- 0.20% F.S
  •  Boîtier : "Nema 4X"
  •  Gamme: 0-6 à 0-120 pouces d'eau
  •  Alimentation : 2 fils, 11.5 à 42 Vcc.

Régulateur
Le régulateur est utilisé pour la régulation du niveau, de débit ou de pression. Si le système est en cascade, il est utilisé comme régulateur de la boucle de débit.

  •  Manufacturier : ABB, modèle C351/0201/STD
  •  Entrées/sorties:
  • -2 entrées mAcc
  • -1 sortie 4-20 mAcc
  • -4 sorties relais
  • -4 entrées discrètes
  •  Boîtier Nema 4 (façade)
  •  Alimentation 120 Vca

Capteurs de débit
Le capteur de débit de base est un venturi créant peu de pertes de pression dans la conduite.
 

Vanne de régulation
La vanne de régulation est de faible capacité et sa courbe caractéristique est judicieusement choisie pour que le procédé soit le plus linéaire possible. 

  •  Manufacturier : Orion de type globe en bronze fileté avec actionneur pneumatique
  •  Caractéristiques :
  • -diamètre 3/4 pouce
  • -raccords 3/4 pouce N.P.T.
  •  Positionneur
  •  Manufacturier : Bailey modèle noAV11
  •  Caractéristiques : Type pneumatique

Convertisseur courant/pression
Le convertisseur courant à pression est de type à faible consommation afin de permettre une utilisation prolongée avec la réserve d'air. 

  •  Manufacturier :Fairchild modèle no TA 6000-401 avec filtre régulateur no 65852
  •  Caractéristiques :
  • -entrée 4-20 mAcc
  • -sortie 3-15 lbs/po2
  • -alimentation 20 lbs/po2

Manomètres
Les manomètres sont utilisés pour mesurer la pression d'alimentation d'air (numéro 1), le signal appliqué à la vanne(numéro 2) et la pression d'eau (numéro 3). 

  •  justesse ± 3%
  •  gamme 0-30 lbs/po2 (0-200 kPa)
  •  diamètre 1,5 po.

Séquence d'alarme(automate programmable)
Micro-Logix Allen-Bradley.
Le programme (diagramme en échelle) vous est fourni.


5. Option no 1 (boucle de niveau permettant le raccordement en cascade)
Le transmetteur de niveau est raccordé pour mesurer la pression statique au bas du réservoir.

Transmetteur de niveau

  •  Manufacturier : ABB modèle 261
  •  Caractéristiques: Justesse +/- 0.20% F.S.
  •  Boîtier : "Nema 4X"
  •  Gamme: 0-0.6 à 0-6 lbs/po2 (16.6" à 166.5" H2O)
  •  Alimentation : 2 fils, 11.5 à 42 Vcc.

Régulateur
Le régulateur de niveau est fourni par votre entreprise. 

  • Manufacturier :  ABB no C100/0301/STD

6. Option no 2 (boucle de température)

Capteur de température
Le capteur de température est un bulbe résistif au platine, ce qui permet un raccordement à de multiples appareils, puisque ce capteur est le plus standard. 

  •  Manufacturier Pyromation, modèle R1T185L48063-11B-15-3060-1
  •  Caractéristiques type RTD 100 ohms au platine, courbe DIN-0385

Élément chauffant
L'élément chauffant est installé dans le réservoir de réserve.

  •  Manufacturier Caloritech.

Transmetteur
Le transmetteur de température est de type 2 fils, avec un signal de sortie de 4-20 mAcc

  •  gamme O à 50 C., justesse +/- 0,5%
  •  alimentation 2 fils, 9 à 36 Vcc.

Régulateur
Le régulateur de température est fourni par votre entreprise.

  •  Manufacturier : ABB no C100/0301/STD

Relais électronique de puissance
Le relais électronique de puissance permet de moduler par un signal de 4 à 20 mA

  •  Caractéristiques entrée 4-20mA, sortie 0-2000W

Protection thermique.
La protection thermique est de type bulbe à gaz. 

  • Manufacturier Honeywell, modèle T675A2100

Ventilateur
Un ventilateur permet d'obtenir un procédé asymétrique, c'est-à-dire que la constante de temps est différente selon que le liquide se refroidit ou se réchauffe.

7. Option no 3(communication)
Convertisseur RS-485 ou RS-422.
 

8. Option no 4
Multimètre

  • Manufacturier Fluke, modèle 75
  • Caractéristiques
    • gamme automatique,
    • justesse + 0,7% en cc,
    • indicateur analogique "Bargraph"

9. Option no 5
Interrupteur de niveau

  • Manufacturier Asco, modèle SA2lD/TA2OA11. 
  • Caractéristiques 0 à 65 po. H20, ajustable de 2,5 à 65 po H20, contact 15 A/250 V

10.Option no 6
Interrupteur de pression

  • Manufacturier United Electric, modèle J6X-142
  • Caractéristiques :
    • 0 à 18 lbs/po2
    • répétabilité ± 1%
    • bande morte 4 à 7 po H2O,(fixe)
    • contact 15 A/250 V

11. Option no 7 (logiciel)
Intouch de Wonderware avec pilotes de périphérique appropriés pour les régulateurs avec protocole ModBus. Logiciel Intouch de Wonderware pour utilisation à des cours de formation avec "tag" illimités et la possibilité de 20 licences sans MSSQL.
Le centre de formation doit être aggréé par Wonderware. (il faut remplir le document).
Toutes les licences éducationnelles ont une expiration de 12 mois (renouvellable gratuitement).
L'inscription "NOT FOR RESALE" dans la barre titre du logiciel ne peut pas être modifiée.
Toutes les licences sont attachées à des clés physiques placées sur le port parallèle.


12. Option no 8 (formation)
Formation à déterminer.
 

13. Option no 9
Réservoir d'air comprimé
Le réservoir d'air comprimé permet à l'utilisateur une autonomie d'environ 1 heure (sans le positionneur) sans avoir à être raccordé à une source d'air comprimé.
 

14. Option no 10 (support pour réservoir d'air comprimé)
Un support en aluminium se fixant à la structure est disponible pour la réserve d'air comprimé.


15. Option no 11 (mesure du débit de sortie de la réserve régularisée)
Ajout d'un venturi sur la sortie de la réserve régularisée (50 pouces) de façon à mesurer la charge. Cette option permet la régulation par anticipation ("Feedforward"). Ce capteur est identique à celui inclus dans le système de base.
Note: Cette option n'inclut que l'élément primaire. Le transmetteur différentiel de base du système peut être utilisé sur ce venturi car les gammes sont les mêmes.


16. Liste des laboratoires fournis.

  •  Laboratoire 1 : Introduction à la régulation de procédé
  •  Laboratoire 2 : Mise en oeuvre d'un procédé industriel
  •  Laboratoire 3 : Étude du comportement d'une boucle de régulation de procédé
  •  Laboratoire 4 : Câblage des appareils d'une boucle de régulation
  •  Laboratoire 5 : Signaux standard et fonctions
  •  Laboratoire 6 : Étalonnage des appareils d'une boucle de régulation
  •  Laboratoire 7 : Plans, schémas et diagrammes selon les normes ISA
  •  Laboratoire 8 : Mesure des caractéristiques d'un procédé de niveau
  •  Laboratoire 9 : Réglage des paramètres d'un régulateur de niveau
  •  Laboratoire 10 : Éléments terminaux et convertisseurs
  •  Laboratoire 11 : Mesure du niveau
  •  Laboratoire 12 : Mesure et régulation de la pression
  •  Laboratoire 13 : Mesure et régulation du débit
  •  Laboratoire 14 : Mesure et régulation de la température
  •  Laboratoire 15 : Alarmes et sécurité dans un procédé de niveau
  •  Laboratoire 16 : Démarrage et arrêt d'un procédé par un automate programmable
  •  Laboratoire 17 : Séquences d'entrebarrage dans un procédé industriel
  •  Laboratoire 18 : Commande par lots par automate programmable
  •  Laboratoire 19 : Régulation de niveau par un système en cascade
  •  Laboratoire 20 : Régulateur PID

Ce système a été développé en étroite collaboration avec le milieu de l'éducation en instrumentation et contrôle. Les procédés ainsi développés sont réalistes et se comportent exactement comme ceux à grande échelle.

Everest Automation Inc.