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Les P&ID (Piping and Instrumentation Diagram) 2 e cours de GPA-668 : Capteurs et actionneurs © Guy Gauthier ing. Ph.D. Mai 2011.

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1 Les P&ID (Piping and Instrumentation Diagram) 2 e cours de GPA-668 : Capteurs et actionneurs © Guy Gauthier ing. Ph.D. Mai 2011

2 2Cours #2 - GPA-668

3 Schémas de tuyauterie et dinstrumentation Parmi lensemble de la documentation dun procédé industriel, on devrait retrouver des indications sur linstrumentation raccordée au procédé. – Ce qui est utile pour la maintenance; – Ce qui permet de mieux comprendre le procédé pour lingénieur de procédé. 3Cours #2 - GPA-668

4 Normes utilisées De la Société Internationale pour lAutomatisation (ISA). – ANSI/ISA : Identification Symbols and Instrumentation; 4Cours #2 - GPA-668

5 Normes utilisées – ANSI/ISA (R1992) : Binary Logic Diagrams for Process Operations; 5Cours #2 - GPA-668

6 Normes utilisées – ISA : Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Display Instrumentation, Logic and Computer Systems; 6Cours #2 - GPA-668

7 Normes utilisées – ANSI/ISA : Instrument Loop Diagrams; 7Cours #2 - GPA-668

8 Normes utilisées – ISA : Graphic Symbols for Process Displays; 8Cours #2 - GPA-668

9 Normes utilisées – ISA-S : Specification Forms for Process Measurement and Control Instruments, Primary Elements, and Control Valves; 9Cours #2 - GPA-668

10 Normes utilisées ISA-S a été mis à jours avec: – ISA-TR : Specification Forms for Process Measurement and Control Instruments Part 1: General Considerations; 10Cours #2 - GPA-668

11 Normes utilisées – SAMA: Ancienne norme dinstrumentation: 11Cours #2 - GPA-668

12 Composantes dun schéma P&ID 12Cours #2 - GPA-668

13 Zone de titre [1] Cours #2 - GPA Nom de la compagnie Nom de lusine et localisation Titre du dessin Description du procédé Numéro de dessin Version

14 Zone du schéma P&ID [2] Cours #2 - GPA-66814

15 Zone identifiant la tuyauterie [3] Matériau de la conduite – TF = Téflon – SS = Stainless Steel – CS = Carbon Steel Cours #2 - GPA-66815

16 Cours #2 - GPA-66816

17 Zone identifiant les gros équipements [4] Généralement les équipements de plus de $. Cours #2 - GPA-66817

18 Zone identifiant les gros équipements [4] Numéro 3-14R2: – 3 = 3 e étage de lusine – 14 = Aire (Bay) #14 – R2 = Réacteur #2 Cours #2 - GPA-66818

19 Cours #2 - GPA-66819

20 Zone des révisions et changements du schéma [5] Cours #2 - GPA-66820

21 Zone des notes [6] On y décrit les verrouillages des commandes (interlocks) du système. Cours #2 - GPA-66821

22 SCHÉMAS DINSTRUMENTATION Cours #2 - GPA-66822

23 Éléments de base dun schéma dinstrumentation Cours #2 - GPA Bulle Identification Signaux Conduite Débitmètre Valve

24 Cours #2 - GPA-66824

25 Identification des instruments 25Cours #2 - GPA-668

26 1 ères lettres de lidentification Variable mesurée ou de commande: – F : Flow (Débit) – T : Temperature (Température) – P : Pressure (Pression) – L : Level (Niveau) – Etc… Modificateur: – F : Fraction (Rapport) Cours #2 - GPA-66826

27 Cours #2 - GPA-66827

28 Lettres subséquentes Fonction passive ou indication: – A : Alarm (Alarme); – R : Recorder (Enregistreur); Fonction de sortie: – C : Control (Régulation); Modification: – H : High (Haut); Cours #2 - GPA-66828

29 Cours #2 - GPA-66829

30 Cours #2 - GPA-66830

31 Signaux et connections (1) Cours #2 - GPA-66831

32 Signaux et connections (2) Cours #2 - GPA-66832

33 Les bulles Cours #2 - GPA-66833

34 Les bulles Cours #2 - GPA Une pièce déquipement indépendante, comme un contrôleur ou un enregistreur Instruments partagés: affichage, régulation, etc… (Instrumentation avec microcontrôleurs) Instruments partagés: affichage, régulation, etc… (Instrumentation avec microcontrôleurs) Une pièce de logiciel ou déquipement qui réalise des calculs et/ou des opérations logiques et qui transmet un ou plusieurs signaux de sortie Commande logique et séquentielle (Automate programmable) Commande logique et séquentielle (Automate programmable)

35 Les bulles Cours #2 - GPA Panneau auxiliaire de commande (accessible à lopérateur) Panneau principal de commande (accessible à lopérateur) Au site du procédé

36 Les bulles 36Cours #2 - GPA-668

37 Les robinets de régulation Registre de tirage ou volet 37Cours #2 - GPA-668

38 Les actuateurs 38Cours #2 - GPA-668

39 Les actuateurs 39Cours #2 - GPA-668

40 Fonctions des équipements _Y 40Cours #2 - GPA-668

41 Fonctions des équipements _Y 41Cours #2 - GPA-668

42 Fonctions des équipements _Y 42Cours #2 - GPA-668

43 Fonctions des équipements _Y 43Cours #2 - GPA-668

44 Exemple Cours #2 - GPA-66844

45 Réseau Signal électrique Signal pneumatique Convertisseur courant/Pression 45Cours #2 - GPA-668

46 46Cours #2 - GPA-668

47 Les interverrouillages 47Cours #2 - GPA-668

48 Les interverrouillages 48Cours #2 - GPA-668

49 ISA 5.2 Non Et Bascule SR 49Cours #2 - GPA-668

50 ISA 5.2 Ou 50Cours #2 - GPA-668

51 Niveaux de détail Diagramme simplifié: 51Cours #2 - GPA-668

52 Niveaux de détail Diagramme fonctionnel: 52Cours #2 - GPA-668

53 Niveaux de détail Diagramme détaillé: 53Cours #2 - GPA-668

54 APPROCHES DE CONTRÔLE Cours #2 - GPA-66854

55 Exemple: Traitement des huiles lourdes 55Cours #2 - GPA-668

56 Contrôle en « feedback » (rétroaction) 56Cours #2 - GPA-668 Capteur de température Contrôleur (ex.: PID) Valve de débit de carburant

57 Schéma bloc du contrôle en rétroaction Mais, assume que le débit de pétrole brut (F) reste constant. Que se passe-t-il si ce débit (F) varie ? 57Cours #2 - GPA-668

58 Contrôle en « feedforward » (commande prédictive) Capteur de débit Calcul de ratio de débit Valve de débit de carburant Mais, cest la température qui nous intéresse 58Cours #2 - GPA-668

59 Schéma bloc de la commande prédictive Assume que la pression du carburant (P F ) et la conversion de chaleur ( F ) restent constants. Assume la linéarité du système. 59Cours #2 - GPA-668

60 Commande en rétroaction et prédictive Somme des commandes 60Cours #2 - GPA-668

61 Schéma bloc la commande en rétroaction et prédictive Mais, assume que la pression du carburant (P F ) reste constant. 61Cours #2 - GPA-668

62 Contrôle en « cascade » (et prédictive) 62Cours #2 - GPA-668

63 Schéma bloc du contrôle en cascade (et prédictive) Meilleure résistance aux perturbations. Partie commande en cascade 63Cours #2 - GPA-668

64 EXEMPLES DE PROCÉDÉS Cours #2 - GPA-66864

65 Refroidisseur de bière à lammoniac 65Cours #2 - GPA-668

66 66Cours #2 - GPA-668

67 67Cours #2 - GPA-668 On désire contrôler la température de sortie

68 68Cours #2 - GPA-668 La température dentrée peut changer Réaction trop tardive

69 Relation pression température Source: Les vapeurs sont à la même température que le liquide. Ce sont donc des vapeurs saturantes. 69Cours #2 - GPA-668

70 Relation pression température Source: Si on met la bouteille de R22 dans une ambiance où il fait 30 °C, au bout de quelques heures le liquide est également à 30 °C. 70Cours #2 - GPA-668

71 Relation pression température Source: A chaque température correspond une pression, et vice-versa. 71Cours #2 - GPA-668

72 Relation pression température Source: La pression permet de connaitre la température. 72Cours #2 - GPA-668

73 Contrôle de la température de la bière Le contrôleur de température TIC-1 ajuste la consigne du contrôleur de la pression de vapeur dammoniac PIC-1. Le changement de température de la bière a un grand effet sur la pression de vapeur. Correction quasi-immédiate. Contrôle de température soccupe des changements plus lents. 73Cours #2 - GPA-668

74 Contrôle de la température de la bière Le contrôleur de température TIC-1 ajuste la consigne du contrôleur de la pression de vapeur dammoniac PIC-1. Le changement de température de la bière a un grand effet sur la pression de vapeur. Correction quasi-immédiate. Contrôle de température soccupe des changements plus lents. Boucle interne (rapide) Boucle externe (lente) 74Cours #2 - GPA-668

75 Contrôle du niveau dammoniac Lammoniac liquide devient gazeux et retire de la chaleur de la bière, la refroidissant. Le niveau baisse… Alors, il faut maintenir le niveau dammoniac liquide pour que la tubulure de bière reste immergée. 75Cours #2 - GPA-668

76 Système de contrôle global Mode NORMAL: la bière coule dans le système de refroidissement et est maintenue à la température correcte. Mode STANDBY: FSL-1 détecte un débit trop bas ou aucun débit. Il faut cesser le refroidissement, sinon la bière risque de geler. Mode NETTOYAGE: Lopérateur arrête le système pour le nettoyage des conduites (CIP). Ne pas refroidir. Consigne manuelle de pression de vapeur élevée. 76Cours #2 - GPA-668

77 Digesteur de copeaux de bois pour faire de la pâte de papier. Photo, source: 77Cours #2 - GPA-668

78 78Cours #2 - GPA-668

79 79Cours #2 - GPA-668 Ces trois capteurs et enregistreurs permettent à lopérateur de vérifier lhomogénéité de la température

80 Au démarrage Mécanisme permettant un démarrage progressif… 80Cours #2 - GPA-668

81 Cooking by indirect streaming On augmente selon une rampe à la pression/ température de cuisson avec FIC-1 (durée fixée par KI-1) PIC-1 maintien la pression de cuisson. La pression est un paramètre clé pour le contrôle de la cuisson (représente la température du digesteur) 81Cours #2 - GPA-668

82 Relief control system Maintenir la pression à la pression de vapeur saturée équivalente à la mesure de température faite par TT-4. La sortie de TT-4 est calibrée pour suivre la courbe de température de la vapeur saturée vs la pression. Consigne de PIC-2 82Cours #2 - GPA-668

83 Vapeur saturée, table de température 83Cours #2 - GPA-668

84 Blowback control system Pour éviter le blocage du filtre sur le tuyau de dégagement (relief line), on envoie de la vapeur sous pression au filtre. PDSH-2 et temporisateur KI-2 ouvre FCV-5 et ferme PCV-2 pour déboucher le filtre. 84Cours #2 - GPA-668

85 Procédé de fabrication de sirop de maïs 85Cours #2 - GPA-668

86 Pâte amidon de maïs acide chlorhydrique carbonate de sodium 86Cours #2 - GPA-668

87 Un peu de chimie Lamidon (starch) est une chaîne de molécules proche du sucre (ressemble à un polymère). – (C 6 H 10 O 5 ) n En présence dacide chlorydrique, il y a hydrolyse: – (C 6 H 10 O 5 ) n + nH 2 O – catalyse acide nC 6 H 12 O 6 87Cours #2 - GPA-668

88 Un peu de chimie 88Cours #2 - GPA-668

89 Contrôle de lacidité Pour que le mélange eau-amidon hydrolyse. Il faut injecter de lacide chlorhydrique (concentration de 0.1N) Contrôle de proportion avec FT-2 et FY-1. Contrôle en cascade du débit de lacide (pHC-1 et FC-1). Contrôle du débit du mélange eau- aminon par FC-2 89Cours #2 - GPA-668

90 Contrôle de lacidité En sortant de LCV-1, on a un mélange eau, acide et glucose. Le refroidisseur (flash cooler) permet le refroidissement du mélange et retire leau qui se transforme en vapeur. Contrôle du débit de la base avec pHC-2 pour ramener le pH autour de 7. Le sirop est un mélange de glucose et de sel. 90Cours #2 - GPA-668


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