4

Introdu

ction

Symboles et glossairePetit lexique de la technologie proportionnelle

Hystérésis

Sensibilité de fonctionnement

Linéarité

Reproductibilité

Le changement minimal de la consigne qui gé-nère une modification de la pression de sortie est appelé sensibilité de fonctionnement. Exprimée en pourcentage de la valeur maximale du signal électrique d’entrée, cette valeur n’est que de 0,5% pour la vanne Sentronic d’ASCO Numatics, permettant ainsi une mise au point idéale de la pression de sortie.

Une pression de sortie établie en fonction d’une valeur de consigne donnée devrait résulter dans une courbe de caractéristiques presque droite (linéaire). La (non-) linéarité exprime la dévia-tion de la courbe de débit réelle de la ligne droite théorique (exprimée comme un pourcentage pour un intervalle linéaire donné de la courbe).

Les composants de régulation sont plus précis dans la répétition d’une valeur prédéterminée que dans l’ajustement de valeurs absolues. La reproductibilité, c’est mesurer la variation de la valeur de sortie lorsque la même valeur d’entrée est appliquée et ce, de façon répétitive et dans les mêmes conditions. D’autre part, elle est posi-tivement influencée par une faible hystérésis.

L’hystérésis provient du frottement et d’une dé-formation importante des composants élastiques. Pour le fonctionnement, il en résulte des pres-sions de sortie différentes à une même 0 valeur de consigne (signal électrique) selon que la valeur préalable était plus grande ou plus pe-tite.

S Y M B O L E S

Capteur depression

Capteur de force

Capteur de déplacement

Capteur d'angle

Capteur de débit

Capteur detempérature

Potentiomètre

Vérin

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Décalage du zéro

Valeur instantanée

Valeur électrique effective d’une grandeur physique (pression, force, température, débit...).

Valeur de consigne

Valeur de référence électrique de la variable contrôlée qui doit être effectivement atteinte et maintenue dans la boucle de contrôle.

Modification de la pente

Fonction de rampe

Par le décalage du zéro, on peut soit assigner un point de départ prédéfini à une vanne proportionnelle, soit faire correspondre une pression ou un débit précis à une valeur de consigne définie ou inversement.

Fréquence d‘ondulation

Tension de modulation permettant de diminuer le frottement par adhérence (« slip-stick ») dans une vanne.

Si la plage de pression de l’utilisateur n’est qu’une partie de la plage totale d’ajustement de la vanne, on peut modifier la pente en adaptant la plage de consigne (0 - 10 V) à la plage d’opération de l’utilisateur. On obtient ainsi la plus grande résolution possible.

La fonction de rampe permet de contrôler le temps de réaction de la vanne. La pente de cette rampe, due à une variation brusque de la consigne, peut être réglée par l’intermé-diaire de l’électronique de commande. Cette fonction peut permettre une ouverture et une fermeture lente des vannes proportionnelles.

S Y M B O L E S Introdu

ction

Potentiomètre

Interrupteurélectrique

Affichagenumérique

Affichageanalogique

Génératricetachymétrique

Vanneproportionnelle

Convertisseur detension/courant

Convertisseurnumérique-analogique

6

Introdu

ction

Sur beaucoup de machines et d’installations, des grandeurs physiques (température, pression, force, déplacement, etc.) doivent atteindre une valeur déterminée (p.ex. la position du chariot d’une machine-outil) indépendamment d’influences extérieures perturbatrices. Pour ce faire, il faut réaliser deux opérations liées l’une à l’autre : la comparaison et l’ajustage. Le cycle d’opérations nécessaires s’effectue dans une boucle dite “de régulation”. On peut distinguer deux types de boucles : “boucle de régulation ouverte” et “boucle de régulation fermée”.

Une boucle de régulation ouverte, c’est par exemple un radiateur dans lequel l’alimentation en eau chaude et, ainsi, la température, sont “réglées” ou plus précisément “ajustées”. En fonction des variations de la température ambiante, on agit manuellement (ouverture/fermeture) sur la vanne. Il s’agit d’une régulation sans boucle de contrôle entre l’entrée et la sortie du système, ni retour d’informations.On entend ainsi par régulation l’utilisation de méthodes et d’équipements spéciaux qui influent sur des cycles opératoires ou des processus. Un système de régulation est en place si un processus est influencé par une relation à un état désiré sans tenir compte de l’état des mesures. Une caractéristique particulière de la régulation “en boucle ouverte” est la séquence ouverte des actions.

Systèmes de réglage

Régulation en boucle ouverte

Dans une boucle fermée, la valeur souhaitée est constamment comparée à la valeur effective. La norme DIN 19226 définit les termes “réglage et régulation” comme suit : “Le réglage / la régulation” est une opé-ration dans laquelle une grandeur physique (p.ex. température, pression ...) est continuellement mesurée et comparée à une valeur déterminée, avec pour but d’aligner ces variables. La séquence fermée des actions qui en résulte s’effectue dans une boucle dite de régula-tion fermée. En prenant pour exemple la régulation de la tempéra-ture d’un radiateur, la température réelle est mesurée par un capteur de température et comparée à la consigne. Tout écart entre la valeur désirée et la valeur mesurée provoque un signal qui est transmis à la vanne pour l’ouvrir (si la température est inférieure à la valeur souhaitée) ou la fermer (si la température est supé-rieure à la valeur souhaitée). Ainsi, la température est maintenue à la consigne et ce, de manière stable et indé-pendamment des conditions extérieures ou d’éléments perturbateurs.

Régulation en boucle fermée

Valeur deconsigne

Organe decommande Actionneur Processus

Régulation en boucle ouverte

Valeur deconsigne

Organe decommande Actionneur Processus

Capteur

Régulation en boucle fermée

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Un processus s’effectuant pas à pas est appelé discontinu. Un régulateur à action discontinue, ou encore appelé régulateur à commutation, influence le processus par une commande tout ou rien à un niveau d’énergie constant. Ces régulateurs assurent la fonction de commutation en déclenchant une séquence d’impulsions à un niveau d’énergie fixe. Ces séquences de commutation “en cir-cuit” et “hors circuit” ont des temps d’influence variable sur le process à réguler. Les inconvénients d’un tel sys-tème sont les à-coups déclenchés lors de la mise en route. En outre, il n’est pas possible d’éviter les variations de la valeur instantanée autour de la valeur de consigne. Le niveau d’intervalles entre lesquels la grandeur à ré-gler oscille entre l’état “en circuit” et l’état “hors circuit”

est appelé amplitude de variation. Cette amplitude est la fonction caractéristique de l’action discontinue. Les régu-lateurs à trois ou multiples positions disposent d’au moins une étape intermédiaire supplémentaire par rap-port aux régulateurs tout ou rien (ex. : appareil de conditionnement d’air : chauffage - position neutre - refroidissement).

Méthodes de régulationLorsqu’un écart est observé dans un processus, les méthodes de régulation peuvent être dis-tinctes selon le comportement d’un régulateur. Pour les applications en production, il est important de connaître l’influence du temps sur la variable de régulation. Les régulateurs peuvent avoir un comportement continu ou discontinu. On distingue ainsi deux types de régu-lations : à action discontinue (régulation à deux ou plusieurs niveaux) ou à action continue (régulation proportionnelle).

Régulation à action discontinue

Les régulateurs à action continue assurent la fonction de régulation en exerçant une influence permanente sur le processus. La valeur de la variable contrôlée peut se si-tuer à n’importe quel niveau de la plage de régulation, ce qui peut générer des signaux entre 0 et 100 %.Exemple : Une charge lourde est à accélérer et décélérer en douceur. Dans le cas d’un régulateur à action discon-tinue, il faut d’abord démarrer la charge à la vitesse V1 puis à la vitesse V2. Celle-ci est ensuite transportée à une vitesse constante V3, puis décélérée aux vitesses V4 et V5 (voir illustration ci-contre). La vitesse est contrôlée en pas à pas. Les paliers individuels des échelons de vi-tesse sont légèrement nivelés par le débit volumétrique et l’inertie du vérin. Il est toutefois difficile d’en réduire les fluctuations, c.à.d. d’obtenir des échelons plus “lisses”. L’une des méthodes pour pallier ces inconvé-nients est d’utiliser une vanne proportionnelle qui régule

en permanence le processus, c.à.d. les vitesses des vérins et des moteurs, évitant ainsi les à-coups des commuta-tions. De plus, il est possible de prédéfinir les vitesses de ces matériels.

Régulation à action continue

Introdu

ction

Régulation à action discontinue Régulation à action continue

tempstemps

Valeur deconsigne

tempé

ratur

e

tempé

ratur

e

Régulation à action discontinue

Régulation à action continueContrôle proportionnel

temps

vites

se

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Types de régulateurs

La sortie d’un régulateur à action continue est pourvue d’un signal continu (tension ou courant) qui peut en permanence prendre toutes les valeurs intermédiaires entre une valeur initiale et une valeur finale.

Le régulateur P (Proportionnel) est un régulateur de base. Les régulateurs I (Intégral) ou D (Dérivé) seuls, sont moins appropriés en pratique. Des combinaisons de régulateurs P, D et I telles que les versions PI, PD ou PID se sont avérées les plus adaptées.

Les combinaisons sont choisies en fonction du type d’application. L’avantage d’un régulateur PID est sa performance dynamique, sa précision de réglage et sa stabilité. L’ajustage individuel des paramètres de ré-glage permet l’adaptation optimale des vannes pro-portionnelles aux applications spécifiques. Régulateur I

Régulateur DRégulateur P

Régulateur PID

Régulateur à action continue

Un régulateur a une fonction de transfert qui compare la valeur instantanée reçue d’un capteur à la valeur prédéterminée (c.à.d. une valeur de consigne) et qui la traite de sorte qu’un signal de contrôle soit transmis à l’élément régulateur (vanne proportionnelle) sous une forme appropriée. Cette opération devrait être contrôlée dans le temps par le régulateur de manière à ce que les quali-tés dynamiques du processus à réguler soient bien équilibrées. La valeur de consigne doit être atteinte dans le plus bref délai tandis que la valeur instantanée doit fluctuer le moins possible par rapport à cette valeur de consigne.Intr

oductio

n

Types de régulateursApplication

Pression

Débit

Température

Niveau

Vitesse

exigencessimples

nonappropriés

appropriés

appropriés

appropriés

appropriés

appropriés

nonappropriés

appropriés

appropriés

appropriés

moinsappropriés

nonappropriés

appropriés

exigencessimples

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Courant Intensité bobineLargeur d'impulsion

Période

Tensionmoyenne

Tensionmoyenne

Tensionmoyenne

Tensionmoyenne

A l’opposé d’un régulateur à action continue, ce type de régulateur ne dispose pas d’un signal de sortie continu mais d’un signal qui peut seulement être mis “en circuit ou hors circuit”. Il reste toutefois adaptable à la régula-tion.

Les différents types de modulation :

- la modulation en largeur d’impulsion - la modulation d’impulsions en amplitude - la modulation d’impulsions en fréquence

ASCO Numatics utilise de la modulation en largeur d’impulsion dans ses boîtiers électroniques.

Modulation en largeur d’impulsionDans la modulation en largeur d’impulsion, la tension d’alimentation de 24 V CC est transformée en impulsions rectangulaires de différentes largeurs. Le signal de sor-tie n’est plus un signal constant mais une série d’impul-sions répétées à intervalles ou périodes de temps réguliers. Durant chaque période, l’impulsion est pré-sente (24 V) pendant un laps de temps, puis elle est absente (0 V). La durée pendant laquelle l’impulsion est présente s’appelle la “largeur d’impulsion”.Ce type de modulation est obtenu en changeant la lar-geur d’impulsion, qui peut varier entre 0 % et 100% de la période. Cette variation de la largeur d’impulsion provoque une variation proportionnelle du courant moyen de la bobine.

Régulateurs tout ou rien

Types de régulateurs

Introdu

ction

Modulation en largeur d‘impulsion