Département de génie électrique
et de génie informatique
GEL−1001 Design I
(méthodologie)
Technique 1
Introduction à la commande
automatique
Hiver 2014
Plan
Commande automatique
Systèmes de commande industrielle
Architecture d’implantation
Types de contrôleurs Principales composantes matérielles
Outils logiciels
Langages de programmation
Implantation sur PC
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Commande automatique
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Action d’agir, sans intervention humaine, sur un
système pour l’amener ou le maintenir dans un
état voulu
Types de commande
Commande continue
S’applique à des systèmes dont les variables peuvent prendre
toutes les valeurs possibles dans un intervalle donné
Exemple: ajuster la température de l’eau à l’aide d’un robinet
Commande séquentielle
S’applique à des systèmes dont les variables sont de type tout
ou rien (actifs ou inactifs)
Exemple: allumer une lumière à l’aide d’un interrupteur
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Boucle de rétroaction
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Régulateur
- +
Vent,
Dénivellations,
etc.
Vitesse Accélérateur Vitesse
désirée
Boucle de rétroaction
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Procédé
Capteur
Actionneur Régulateur
- +
Consigne Action
Variable régulée
Perturbations
Erreur
Boucle de rétroaction
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8.8 8.85 8.9 8.95 9 9.05 9.1 30
40
50
60
70
SP
& P
V (
%)
Temps (heures)
8.8 8.85 8.9 8.95 9 9.05 9.1 70
75
80
85 C
O (
%)
Temps (heures)
Eau de
procédé
Ajout d’eau
Mesure de
niveau
Régulateur
Consigne de
niveau
Boucle de rétroaction
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Ajout de
vapeur
Régulateur
Consigne de
température
Mesure de
température
Temps (s)
Te
mp
éra
ture
(oC
)
Temps (s)
Te
mp
éra
ture
(oC
)
60 oC
60 oC
65 oC
62 oC
Régulateur PID
Action
P: proportionnelle
I: intégrale
D: dérivée
Un des régulateurs les plus utilisés
En industrie, plus de 95 % des boucles de
rétroaction sont de de type PID
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Régulateur PID
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Procédé
Capteur
Actionneur PID
- +
Consigne: r(t) Action: u(t)
Variable régulée: y(t) Erreur: e(t)
Régulateur PID
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dt
)(d)()()(
0
teKdeKteKtu
t
dip
+
P
I
D
e(t) u(t)
Régulateur PID
Action plus importante
Lorsque l’erreur est
grande (P)
Lorsque l’erreur persiste
(I)
Lorsque l’erreur varie
rapidement (D)
Action en fonction du
Présent (P)
Passé (I)
Futur (D)
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Temps (s)
Err
eur
(%)
0
2
t
P I
D
Commande séquentielle
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Opération Séquence (minutes)
Remplir
Agiter
Vider
Rincer
Essorer
5 15 20 25 30 40
Machine à laver
Commande séquentielle
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Remplir
Boucher
Avancer
Bidons présents
Chaîne de montage pour remplir des bidons
Architecture d’implantation
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Équipements pour la fabrication d’un produit
Prise de mesure et action sur les équipements
Séquences automatiques et stratégies de
contrôle
Interfaces permettant aux opérateurs de
commander et superviser les opérations
Planification et gestion de la production
Procédé
Instrumentation
Commande
Opération
Gestion
Architecture d’implantation
Hiver 2014 GEL−1001 Design I (méthodologie) 17
Controller Controller Remote I/O Analyzer
Monitoring and
control network
Process signals Process signals Process signals
Operation
interface
Engineering
workstation Data server Data Historian
Business
systems
Supervisor
network
Supervisory
systems
Workstation
Types de contrôleurs
Contrôleur simple boucle
Single Loop Controller (SLC)
Système de contrôle distribué
Distributed Control System (DCS)
Automate programmable
Programmable Logic Controller (PLC)
Autres
Programmable automation controller (PAC)
SoftPLC, SoftDCS
Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)
Etc.
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Distributed Control System (DCS)
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Elsag Bailey (maintenant ABB)
Programmable Logic Controller
(PLC)
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Modicon (maintenant Schneider Electric)
DCS/PLC/PAC : composantes
Alimentation
Processeur
Interface de communication
Modules d’entrée/sortie discrètes
Modules d’entrée/sortie continues
Etc.
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Exemple : DCS versus PAC
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DeltaV
Emerson Process Management
ControlLogix
Rockwell Automation
Calibration et conversion des
signaux d’entrée/sortie
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0 25 50 75 100 125 1500
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Température [degrés C]
Co
ura
nt [m
A]
Zéro : 50 oC
Plage : 100 oC
Hiver 2014 GEL−1001 Design I (méthodologie) 25
n
FSR
2
Résolution
R : résolution
n : nombre de bits
FS : pleine échelle
Outils logiciels
Configuration et programmation
Interface homme-machine
Human-Machine Interface (HMI)
Intégré aux DCS
Généralement fourni avec PLC/PAC
Logiciels indépendants disponibles
Archivage des données
Data Historian
Intégré aux DCS
Généralement fourni avec PLC/PAC
Logiciels indépendants disponibles
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Langages de programmation
Selon la norme IEC-6113-3 (International
Electrotechnical Commission) Function Block Diagram (FBD)
Ladder Diagram (LD)
Sequential Function Chart (SFC)
Structured Text (ST)
Instruction List (IL)
Typiquement Commande continue : FBD
Commande séquentielle : LD et SFC
Applications particulières : ST
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Implantation sur PC
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Modules/cartes
d’entrée-sortie
PCI
USB
Ethernet
Logiciels/librairies pour l’acquisition de
données, la programmation et la
création d’interfaces
Montage de laboratoire
Hiver 2014 GEL−1001 Design I (méthodologie) 34
Matlab/Simulink
Cartes PCI
Advantech
Moteur DC
Conclusion
Commande automatique
Commande continue versus séquentielle
Systèmes de commande industrielle
Architecture, contrôleurs, langages de programmation
Implantation sur PC
Cours liés à la commande automatique
GEL-2005 Systèmes et commande linéaires
GEL-4100 Commande industrielle
GEL-4250 Commande multivariable
GEL-4251 Identification des systèmes
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