Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
Auteur(s)
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Jacques RICHALET : Ingénieur civil de l’Aéronautique (École nationale supérieure de l’Aéronautique et de l’Espace) - Master of Sciences, Berkeley (USA) - Docteur ès sciences, Paris - Directeur scientifique de l’ADERSA (Association pour le développement de l’enseignement et de la recherche en systématique appliquée)
-
Denis STIEVENART : Ingénieur civil de l’école polytechnique de Mons (Belgique) - Ingénieur instrumentiste service Automatisation Instrumentation (Sollac DK)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les fours de cokerie à enfournement TAB (Tout au Barillet) sont des unités très perturbées. À partir de charbon et par cuisson à haute température, elles doivent produire du coke sidérurgique et du gaz de cokerie qui, avec les cycles d’enfournement et de défournement des fours, sont fournis à des débits très variables avec des à-coups brutaux. Ces gaz, venant d’une batterie de fours, sont rassemblés dans de larges tuyaux dits « barillets » qui débitent dans un grand collecteur ; celui-ci amène la production vers une unité de lavage et d’épuration.
La recherche d’amélioration de performance et les contraintes d’environnement font qu’il est nécessaire d’améliorer la régulation de pression des barillets.
En effet, si cette pression est inférieure à la pression atmosphérique, des entrées d’air risquent de créer des combustions internes, et si la pression est trop élevée les fuites, fatalement toujours présentes sur ce type d’installation, risquent de libérer des gaz nocifs dans l’atmosphère. Afin de satisfaire strictement ces objectifs, une régulation hautement performante est nécessaire.
Les régulateurs classiquement utilisés dans le monde sur ce type de processus, par les unités sidérurgiques ordinaires, sont du type PID standard, mais cette technique de commande se trouve en limite de potentialité si les performances visées augmentent, dans l’effort actuel de compétitivité.
Étant donné la nature multivariable, non linéaire et très perturbée du processus, une commande prédictive s’impose donc, capable de prendre a priori en tendance, comme c’est le cas ici, les perturbations mesurées. On connaît [3] les avantages de ce type de commande : robustesse, performance, facilités de réglages, prise en compte de contraintes, etc., qui font qu’elle se répand rapidement dans tous les secteurs industriels aussi bien lents (par exemple fours) que rapides (par exemple laminoirs). Cependant, elle a aussi des inconvénients : elle nécessite un calculateur spécifique, et elle se fonde sur l’utilisation d’un modèle prédictif qu’il s’agit, ici, d’élaborer et d’identifier.
Le présent texte fait suite à l’article [R 7 140] (cf. archives) « Modélisation et identification des processus », dont il constitue un exemple d’application. Le lecteur devra donc prendre d’abord connaissance de ce texte.
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1. Description du processus physique élémentaire
1.1 Structure de commande
Un schéma très simplifié et classique fait apparaître un débit de gaz q e venant des fours, une grande vanne (GV) et une petite vanne (PV), organes réglants agissant en parallèle, une mesure de pression dans le barillet P bar qu’il s’agit de réguler, une contre-pression P aval également mesurée, et un débit q s de gaz entrant dans le collecteur (figure 1).
La présence de deux vannes se justifie dans l’esprit initial de la conception par le fait que :
-
la grande vanne a une autorité de commande grande (efficacité) mais avec une dynamique lente due à son inertie ;
-
la petite vanne a une autorité de commande faible mais une dynamique rapide.
On espère ainsi que les perturbations rapides seront contrées par la petite vanne, alors que le positionnement statique sera assuré par la grande vanne. La petite vanne, pour être efficace, doit travailler au milieu de sa zone d’action.
Le schéma de commande classique à deux effecteurs de ce type fait intervenir deux régulateurs PID (R 1 et R 2) où la petite vanne est pilotée par un régulateur ayant pour consigne de pression C 1 alors qu’un deuxième PID a pour consigne la valeur de repos souhaitée C 2 pour la petite vanne (par exemple à 50 % de l’excursion) et comme mesure la position réelle de centre vanne (figure 2) :
Cette démarche présente l’avantage d’être réalisable à l’aide de régulateurs existant dans les systèmes numériques de contrôle commande.
Cependant, comme le montre la mise en équation, il est clair que si l’on cherche à obtenir des performances serrées, l’interaction du réglage des deux PID rend rapidement la situation difficile à gérer et que le risque d’instabilité est grand.
De plus, on n’est jamais sûr qu’avec un tel réglage les vannes coopèrent (figure 3 a ), c’est-à-dire se déplacent dans le même sens,...
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Description du processus physique élémentaire
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - RICHALET (J.) - Modélisation et identification du processus. - R7140, Traité informatique industrielle, Techniques de l’Ingénieur, avril 1983.
-
(2) - RICHALET (J.) - Pratique de l’identification. - ADERSA, Hermès, (1991).
-
(3) - RICHALET (J.) - Pratique de la commande prédictive. - ADERSA, Hermès (1993).
-
(4) - FORTIER (A.) - Mécanique des fluides. - A1870, traité Sciences fondamentales, Techniques de l’Ingénieur, avril 1996.
-
(5) - LIUNG (L.), SÖDERSTROM (T.) - Theory and practice of recursive identification. - MIT Press (1983).
-
(6) - SODERSTROM (T.) - Systems identification. - Prentice Hall (1989).
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