TP n°6 : Régulation de température d’eau

Le banc RCT150 permet la régulation de la température d’un fluide (l’eau) sortant, grâce aux actions combinées d’un groupe frigorifique et d’un groupe thermorégulateur réglé à 60°c.
Le but de ce TP est d’étudier les caractéristiques de la vanne pneumatique de régulation et de déterminer les paramètres PID du régulateur.

1) Identification deséléments de la maquette
Les informations concernant les différents éléments de la maquette sont reportées sur le document joint.

2) Caractéristique de la vanne pneumatique de régulation

a) Caractéristique courant-débit
Le débit d’eau chaude Qth, mesuré sur le débitmètre à flotteur, a été relevé pour un courant de commande variant de 4 à 20 mA. Les mesures ont été effectuées dans le sens décroissantpuis dans le sens croissant du courant. La valeur du courant de commande a été obtenue en reliant un ampèremètre en série entre l’alimentation et l’actionneur.
I (mA) Qth (L/min)
4 0
6 0
8 0
10 0
12 0,4
14 1,35
16 2,1
18 2,5
20 2,6
I (mA) Qth (L/min)
20 2,6
18 2,5
16 2,45
14 2,15
12 1,4
10 0,2
8 0
6 0
4 0

On observe une hystérésis : la réponse du système (débit d’eauchaude) n’est pas la même selon que le courant de commande augmente ou diminue.

b) Vérification de la proportionnalité
La proportionnalité entre la valeur du courant et la valeur de sortie du régulateur (en % d’ouverture) a été vérifiée en plaçant un ampèremètre en série entre le régulateur et l’actionneur. Grâce au logiciel d’interfaçage, on a pu imposer la valeur de sortie et la faire varier de0 à 100%, en relevant à chaque fois la valeur du courant correspondant.
Remarque : Il est préférable d’utiliser le logiciel d’interfaçage plutôt que les touches « incrémentation » et « décrémentation » du régulateur car les réglages sont plus rapides et plus précis.
Pourcentage d’ouverture I (mA)
0 9,49
5 10,34
10 10,86
15 11,36
20 11,88
25 12,39
30 12,9
35 13,41
40 13,93
45 14,44
5014,95
55 15,46
60 15,98
65 16,5
70 17,01
75 17,53
80 18,04
85 18,54
90 19,05
95 19,56
100 20,42

Le pourcentage d’ouverture du régulateur est donc bien proportionnel à la valeur du courant de commande. Lorsque le courant augmente, le pourcentage d’ouverture augmente : la température de l’eau sortante (Tf) augmente.

3) Etude en régulation
D’après la caractéristique de latempérature de sortie en fonction du pourcentage d’ouverture de la vanne pour un débit de 300 cm3/min, on détermine la valeur de la bande proportionnelle autour de 36°C. La bande proportionnelle correspond à la variation en % de l’entrée du régulateur qui fait varier la sortie de 100%. Ici, la température passe de 27 à 43,5°C lorsque le pourcentage d’ouverture passe de 10 à 60%. La bande proportionnelle(BP) est donc de 50%.

1) Réglage des paramètres avec la fonction « Atun » du régulateur
Dans un premier temps, les paramètres PID ont été obtenus grâce au réglage automatique proposé par le régulateur.
En observant la caractéristique de la température de sortie en fonction du pourcentage d’ouverture de la vanne, on choisit le point de fonctionnement de l’étude : consigne = 36°c, oupourcentage d’ouverture = 30%. En effet, ces valeurs correspondent au point « central » de la bande proportionnelle, c’est-à-dire dans la zone linéaire de la caractéristique.
Le débit est réglé à 300 cm3/min. Toutefois, celui-ci a tendance à diminuer spontanément au cours du temps, ce qui a une influence sur les mesures effectuées. La première tentative de détermination des paramètres a d’ailleurs échoué àcause d’une trop forte diminution du débit : la quantité d’eau dans les tuyaux étant devenue insuffisante, Tf n’évoluait plus (pas de variations du signal de sortie).
Les paramètres finalement obtenus sont les suivants :
– BP = 7.09
– ti = 1min, 59s, 702ms
– td = 19s, 950ms
Pour vérifier que l’on obtient bien une réponse optimale du système avec ses paramètres, un essai a été effectué…