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Automatisation et technique des commandes - SCE Document de formation T I A Pag

Automatisation et technique des commandes - SCE Document de formation T I A Page 1 sur 63 Module B3 Edition : 05/2004 ; fr : 06/2005 Techniques de régulation avec STEP 7 Document de formation pour une solution complète d’automatisation Totally Integrated Automation (T I A) MODULE B3 Régulation avec STEP 7 Automatisation et technique des commandes - SCE Document de formation T I A Page 2 sur 63 Module B3 Edition : 05/2004 ; fr : 06/2005 Techniques de régulation avec STEP 7 Ce document a été édité par Siemens A&D SCE (Automatisierungs– und Antriebstechnik, Siemens A&D Cooperates with Education) à des fins de formation. Siemens ne se porte pas garant de son contenu. La communication, la distribution et l’utilisation de ce document sont autorisées dans le cadre de formation publique. En dehors de ces conditions, une autorisation écrite par Siemens A&D SCE est exigée ( M. Knust : E- mail : michael.knust@hvr.siemens.de). Tout non-respect de cette règle entraînera des dommages et intérêts. Tous les droits, ceux de la traduction y compris, sont réservés, en particulier dans le cas de brevets ou de modèles déposés. Nous remercions l’entreprise Michael Dziallas Engineering et les enseignants d’écoles professionnelles ainsi que tous ceux qui ont participé à l’élaboration de ce document. Automatisation et technique des commandes - SCE Document de formation T I A Page 3 sur 63 Module B3 Edition : 05/2004 ; fr : 06/2005 Techniques de régulation avec STEP 7 Sommaire : 1. Avant-propos 5 2. Connaissances de bases en régulation 7 2.1 La régulation selon la norme DIN 19226 : 7 2.2 Composition d’une boucle de régulation 8 2.3. Linéarisation 11 2.4 Echelon de consigne et boucle de régulation 12 2.5. Systèmes stables 13 2.5.1. Système proportionnel sans retard de temps 13 2.5.2. Système proportionnel avec un retard de temps 14 2.5.3 Système proportionnel avec deux retards de temps 16 2.6 Systèmes instables 18 2.7 Type de régulateurs 19 2.7.1 Régulateur tout ou rien 19 2.7.2 Régulateur trois états 21 2.7.3 Les régulateurs continus 22 2.8 Choix et paramétrage du régulateur 28 2.9 Régulateurs numériques 30 3. Réalisation d’un PID sous STEP7 avec le bloc de régulation continue (S)FB41 "CONT_C" 32 3.1 Régulateur PID, données du problème 32 3.2 Le (S)FB 41 „CONT_C“ 34 3.2 Exemple de programmation 35 4. Réglage de systèmes 49 4.1 Généralités 49 4.2 Mise au point du régulateur PI selon Ziegler- Nichols 50 4.3 Mise au point du régulateur PI selon Chien, Hrones et Reswick 50 4.4 Exemple d’application 52 4. Régulateur binaire tout ou rien 55 4.1 Enoncé du problème 55 4.2 Programmation possible 57 5. Annexes 60 Automatisation et technique des commandes - SCE Document de formation T I A Page 4 sur 63 Module B3 Edition : 05/2004 ; fr : 06/2005 Techniques de régulation avec STEP 7 Légende des symboles utilisés dans ce module : Information Programmation Exemple Indication Automatisation et technique des commandes - SCE Document de formation T I A Page 5 sur 63 Module B3 Edition : 05/2004 ; fr : 06/2005 Techniques de régulation avec STEP 7 Pré-requis Analyse du problème Bloc de régulation (S)FB41 Mise en œuvre 1. Avant-propos Le contenu du module B3 est assigné à l’unité ‚Fonctions avancées de la programmation STEP7’. Objectifs : Le lecteur apprendra à mettre en œuvre et à programmer un régulateur PID dans le cadre d’une application analogique avec STEP7. • Appel du programme ‚Régulateur PID’ de STEP 7 • Interaction du régulateur PID avec un procédé analogique • Configuration des paramètres du régulateur PID Pré-requis : Les connaissances suivantes sont requises pour l’étude de ce module : • Systèmes d’exploitation : Windows 95/98/2000/ME/NT4.0/XP • Base en programmation d’automate avec STEP7 (Ex : Module A3 ‚Startup’, programmation automate avec STEP 7) • Traitement de données analogiques avec STEP 7 (Ex : Module B2 – Traitement de données analogiques) Connaissances de base de la programmation STEP 7 2 - 3 jours Module A Système de bus série industriels 2- 3 jours Module D Fonctions avancées de la programmation STEP 7 2- 3 jours Module B Visualisation des processus 2- 3 jours Module F Langage de programmation 2- 3 jours Module C Communication IT avec SIMATIC S7 1- 2 jours Module E Simulation d’appareil avec SIMIT SCE 1-2 jours Module G Automatisation et technique des commandes - SCE Document de formation T I A Page 6 sur 63 Module B3 Edition : 05/2004 ; fr : 06/2005 Techniques de régulation avec STEP 7 Pré-requis Analyse du problème Bloc de régulation (S)FB41 Mise en œuvre Configurations matérielles et logicielles requises 1 PC, système d’exploitation : Windows 95/98/2000/ME/NT4.0/XP avec - Minimum : 133MHz et 64Mo RAM, 65 Mo d’espace disponible - Optimal : 500MHz et 128Mo RAM, 65 Mo d’espace disponible 2 Logiciel STEP 7 V 5.x 3 Interface ordinateur MPI (Ex : PC- Adapter) 4 Automate SIMATIC S7-300 Exemple de configuration : - Bloc d’alimentation : PS 307 2A - CPU : CPU 314 - Entrées numériques : DI 16x DC24V - Sorties numériques : DO 16x DC24V / 0,5 A 5 Appareil de régulation (Ex.: W-3545-5C de chez WUEKRO) 6 Interface de connexion entre l’appareil de régulation et la carte d’entrées/sorties de l’automate programmable. 1 PC 2 STEP 7 4 S7-300 3 PC Adapter 5 Appareil de régulation 6 Interface de connexion Automatisation et technique des commandes - SCE Document de formation T I A Page 7 sur 63 Module B3 Edition : 05/2004 ; fr : 06/2005 Techniques de régulation avec STEP 7 Pré-requis Analyse du problème Bloc de régulation (S)FB41 Mise en œuvre 2. Connaissances de bases en régulation 2.1 La régulation selon la norme DIN 19226 : „Selon la norme DIN 19226 sur les techniques de régulation, la commande est le processus dans un système par lequel une ou plusieurs grandeurs, appelées grandeurs d'entrées, influent sur d'autres grandeurs, appelées grandeurs de sorties, selon les lois propres au dit système.“ La grandeur à réguler est mesurée de façon continue et est ensuite comparée avec une valeur donnée en entrée du système. La régulation devra, en fonction du résultat de la comparaison, rapprocher la valeur à réguler de celle donnée en entrée. Automatisation et technique des commandes - SCE Document de formation T I A Page 8 sur 63 Module B3 Edition : 05/2004 ; fr : 06/2005 Techniques de régulation avec STEP 7 Pré-requis Analyse du problème Bloc de régulation (S)FB41 Mise en œuvre 2.2 Composition d’une boucle de régulation Dans le paragraphe suivant vont être expliqués un par un les termes spécifiques aux techniques de régulations tels que « valeur de consigne », « valeur de sortie » … etc. Ceux-ci sont illustrés dans le schéma suivant : 1. La sortie x Elle est le résultat de la régulation, la variable que le système va influer et/ou essayer de garder constante. Dans l’exemple d’un chauffage, ce serait la température ambiante. Cette variable est la valeur réelle de la grandeur mesurée. 2. Le retour r Dans une boucle de régulation, la sortie est constamment contrôlée, il est ainsi possible de réagir à toute variation indésirable de celle-ci. La valeur mesurée (proportionnelle à la sortie) est appelée retour (ou mesure). Dans l’exemple d’un chauffage, cette valeur correspondrait à la tension de mesure d’un thermomètre. 3. La consigne w La consigne est la grandeur qui doit commander la sortie, c’est à dire la valeur vers laquelle celle-ci doit tendre, pour finalement l’égaler. Si la consigne est constante, la sortie doit le rester (comportement statique). Au contraire si celle-ci change, le but de la régulation dynamique est alors de reproduire les changements de consigne le plus fidèlement possible au niveau de la sortie. Automatisation et technique des commandes - SCE Document de formation T I A Page 9 sur 63 Module B3 Edition : 05/2004 ; fr : 06/2005 Techniques de régulation avec STEP 7 Pré-requis Analyse du problème Bloc de régulation (S)FB41 Mise en œuvre Attention : la consigne n’a pas la même dimension que la sortie, elle doit être en accord avec la dimension de la mesure. Dans notre exemple, la consigne doit correspondre à la tension que délivrerait le thermomètre à la température souhaitée et non la température elle-même. La sortie est une température (degré), la consigne une tension (Volt). 4. La perturbation z La perturbation est la grandeur qui influe de manière indésirable sur la sortie et qui l’éloigne de la valeur souhaitée (consigne). La seule existence d’une perturbation rend nécessaire la mise en œuvre d’une régulation statique. Dans notre cas de chauffage, la perturbation serait dépendante de la température extérieure, de l’isolation de la pièce et de tout autre élément poussant la température à s’écarter de la température souhaitée. 5. Le comparateur C’est l’endroit où la mesure actuelle de la sortie et la valeur de la consigne sont comparées. Dans la plupart des cas les deux grandeurs sont des tensions. La différence des deux grandeurs ainsi obtenue est appelée erreur e. La valeur de l’erreur est passée en entrée du régulateur pour y être traitée. uploads/Industriel/ regulation-par-step-7.pdf