BTS CIRA Instrumentation-Et-regulation 2007

5/13/2018 BTS CIRA Instrumentation-Et-regulation 2007

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CAE41RSession 2007

Brevet de Technicien Superieur

CONTROlE INDUSTRIEletREGULATION AUTOMATIQUE

U41 - Instrumentation et RegulationDuree: 3heures Coefficient : 4


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CAE41RETUDE D'UNE FABRICATION DE NYLON

DESCRIPTION DU PROCEDELe nylon est fabrique a partir de sel N, solution de deux substances chimiques : hexamethylenediamine et acide adipique.L'eau presente dans Ie sel N doit etre elirnlnee par un evaporateur, chauffe a la vapeur. Lapolymerisetion s'effectue ensuite dans Ie reacteur finisseur , dont Ie systerne d'agitation n'estpas represente,Le schema T.I. complet de I'installation est donne en ANNEXE 1pages 7 et 8/16.Le sel de nylon est sounre puis envoys sous 40 bar a des bobinoirs et un dispositif de granulation.Les bobinoirs pouvant fonctionner en discontinu (casse ou desenqaqernent), Ie systerne degranulation permet alors de maintenir Ie reacteur en production continue, par debit plus eleve pourla granulation.SPECIFICATIONS DE L' APPAREILLAGE

P Pompe volurnetnque a engrenage 750 cc de marque FenpruffV1, V4 Vanne Schlumberger ON 1"- Convertisseur 4-20 rnA 1 0,2-1 bar - Type NFM Motoreducteur de marque OanfossBauer - Moteur asynchrone 15KW


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CAE41R1-3 Compte tenu des imperetits econornlques, on utilisera en fait un capteur de moindreprecision. Donner I'erreur maxima Ie de temperature a 200C si I'on utilise un capteur declasse B. En dedulre la plage de valeurs limites qu'un regulateur affichera, pour unetemperature reene de 200C.

2 - PRINCIPE 0' ABAISSEMENT DE RESISTANCELe principe consiste a placer une resistance de valeur elevee en paranele sur Ie capteur, pourdesenslbillser la dispersion de valeur, en cas de changement du capteur : ce dispositif permet degarantir I'interchangeabilite de tout capteur de la meme classe. A I'aide d'un four d'etalonnaqe degrande precision, on mesure la valeur ohmique delivree par Ie capteur choisi et, par uneresistance de valeur adequate placee en parallele, on porte sa valeur fictive a la limite basse desa precision.2-1 La temperature du four est flxee a 200C. La resistance mesuree RTdu capteur de classe

B par un ohrnmetre de grande precision est de 175,43 n.A I'aide de I'ANNEXE 3 page 10116, determiner la valeur de temperature correspondante9 - r au 1/100 C pres, en utilisant la courbe de correspondance nominale.

2-2 A I'aide de I'ANNEXE 3 page 10116, donner la valeur de resistance souhaitee Rs afin de seplacer a la valeur entiere de limite basse de precision, soit 198 DC .2-3 On place alors une resistance de correction Rc en parallele avec celie du capteur dans la

tete de ce dernier afin d'abaisser sa valeur de resistance par la relation:1 1 1- =- +-Rs Rc RT

2-3-1 Calculer la valeur de la resistance Rc (au centierne d'Ohm pres) afin d'obtenir la


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CAE41RREGULATION (13 points)

4 - REGULATION DE PRESSION DANS L'EVAPORATEURL'evaporateur est une cuve chauffee par un debit de vapeur QVapeur.a concentration du polymerede debit QpOlypasse alers a 75 % de matiere seche. La temperature est maintenue constante enreglant la pression PVapSurchans Ie reacteur a 2,5 bar.La regulation de pression dans l'evaporateur est assures par un regulateur PIC 2, agissant sur lesdeux vannes PV2 et PV3 :

. > L'une permet a la vapeur surchauffee (de debit Qvapsurch.),issue de l'evaporateur, d'etrerecyclee dans un echangeur de temperature.); > L'autre libere la vapeur surchauffee a l'atrnosphere si I'action sur la vanne PV2 estinsuffisante.y On precise que les deux vannes sont munies de positionneurs permettant de regler la plaged'ouverture de celles-ci.4-1 Donner Ie nom de la strateqie de regulation realisee.4-2 Les sens d'action des vannes - a caracteristique tineaire - sont indiques en page 2/16 dusujet. Preciser, par un raisonnement complet, pourquoi on peut se contenter d'un seulrequlateur et determiner son sens d'action. Justifier.4-3 On desire que les deux vannes PV2 et PV3 soient commandees par Ie rneme signal YRissu du regulateu r. Completer sur I'ANNEXE 1 page 8/16 - a joindre a la copie - Ie


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CAE41R6 - REGULATION DE NIVEAU DU POL YMERE DANS LE REACTEUR

On souhaite assurer un debit continu de polymere QPoly 90% lorsque des bobines completes de filsNylon sont desenqaqees. On ajuste donc Ie debit de contournement vers I'injecteur 11, au moyend'un regulateur FIC 5 agissant sur la vanne LV4. L'ajustement de ce debit doit permettre demaintenir constant Ie niveau de polymere dans Ie reacteur, au moyen d'un regulateur LlC4.

6-1 Donner Ie nom de la strategie de regulation realisee.6-2 Completer sur I'ANNEXE 1 page 8/16 - II joindre II /a copie - Ie schema T.!. de cettestrateqie de regulation en utilisant I'instrumentation LV4, FT5 et LT4.6-3 Determiner les sens d'action des regulateurs de debit et de niveau. Justifier.

Le schema fonctionnel de la regulation de niveau est Ie suivant :Par souci de simplification, les signes utilises sur ce schema pour les comparateurs ne sont pasnecessairernent ceux qui correspondent aux sens d'action determines a la question 6-3.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ,

Ws(p) ,..------, Ms(p)Hs(p)


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CAE41R

6-5 Reglage de la boucle Externe ou Maitre.6-5-1 Le regulateur LlC4 etant en mode manuel, on genere un echelon de consigne dedebit ws(t) = - 5 %. La reponse indicielle du niveau est don nee en ANNEXE 6 page16116- a rendre avec /a copie.

Identifier la fonction de transfert reglante HR4(P)par la methode de Brotda sous laforme:H ()

_ M4(p) _ ~ -TpR4P - -.eW, (p) PLes temps seront exprimes en minutes et ken min".

6-5-2 Quelle hypothese doit-on faire pour pouvoir utiliser un gain dynamique k positif,dans la suite du problerne ?On utilisera donc les fonctions de transfert suivantes :+0,3 -lOp

); > Fonction de transfert reglante : HR4(P) = --.ep);- Fonction de transfert du correcteur C4(p) de type Proportionnel : C4(p) = A4En deduire alors la fonction de transfert en boucle fermee F4(p) = X4(p) enW4 (p)'utilisant les formules habituelles pour un gain dynamique positif.

6-5-3 Le regulateur LlC4 etant desormais en mode automatique, on genere un echelon


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PV3

REACTEUR: : : : : : : ..:. .:::. .: ..::: ::: ::: :: :::: .::. : : : : :"0 0,.....--- ... --+.:~.:- ::: : : : . : . ~ . : : : . : :0 . : : .~ ~~ ~~ ~~ ~: < . . . . : eO : eo : : ' 0: : '0 : : e o : : e o : : ' ,: . . " , : :e o : : e . : : ' , : : e o: : ' ,: . .. . : : . . .. : : . : ', :: ', : : ', : . . e o: 0 ,: , 0 , _' . ': :: ': :

"" 0D)COC D. . . . . . ... _. . . . .mPV2

ECHANGEUR ~Granulation

PVap. Surch.

QvapeurSelNQvapeur

EVAPORATEUR


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AtmosPher~PV3

- uII)coC D~. . . . . .0>

PV2ECHANGEUR

NO

PVap. Surch.

SelN

EVAPORATEUR

NF

REACTEUR

QPoly75%

QVapeur

oG J - -

' . :: . ' , :, , 0, : ' 0 ' : , ,0: , , , : , ' ,: , ' ,: 0,0 , :" ' , : 0 , :' , ' ,: 0, ' ,: ,, 0, 0 , w :0 , , : 0 , 0 , :" ' 0 :" ' , :, , 0, : 0 , w :00,: 0 . . 0 , , : o w ' , : 0, a: :~ ~) \---- . .-~". .,':,- ':,",~ ~ h~ ~~ ~ {~ ~~ {: ": :' .: . . o w : :' ,: . . 0 . : . . 0 . : .. .. : . . 0 . : .. 0 . : . ' ' , : . . ' , : . . . . : : O w : . 0 . : : O w : : o w : . . ' , : : ', :: 0 , :: 0 . :: ' ,: : 0 . : : : ' , : : 0 , : : - ' : : : . ~

Granulation


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CAE41RANNEXE2

Valeurs des tolerances pour elements de 100 OhmsIntervalle fondamental 38,5 ohms

TolerancelEe 751 :1983 (NF C 42-330, DIN 43760, as 190~)Temperature C.asse A Classe BC+QC Ohms DC Ohms

-200 0,55 0,24 1,3 0,56-100 0,35 0,14 0,8 0,320 0,15 0,06 0,3 0,12100 0,35 0,13 0,8 0,30200 0,55 0,20 1,3 0,48300 0,75 0,27 1,8 0,64


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CAE41RANNEXE3

Relation entre resistance et temperature dans la plage de -200C a 300Cpour element sensible de thermometre a resistance de platineTempe- Ohmsrature lEe 751 :1983 (NF C 42-330, DIN 43760, BS 1904)

C 0 2 4 6 8-200 18,49

-190 22,80 21,94 21,08 20,22 19,36-180 27,08 26,23 25,37 24,52 23,66-170 31,32 30,47 29,63 28,78 27,93-160 35,53 34,69 33,85 33,01 32,16-150 39,71 38,88 38,04 37,21 36,37-140 43,87 43,04 42,21 41,38 40,55-130 48,00 47,18 46,35 45,52 44,70-120 52,11 51,29 50,47 49,64 48,82-110 56,19 55,38 54,56 53,74 52,92-100 60,25 59,44 58,63 57,82 57,00

-90 64,30 63,49 62,68 61,87 61,06-80 68,33 67,52 66,72 65,91 65,11-70 72,33 71,53 70,73 69,93 69,13-60 76,33 75,53 74,73 73,93 73,13-so 80,31 79,51 78,72 77,92 77,13-40 84,27 83,48 82,69 81,89 81,10-30 88,22 87,43 86,64 85,85 85,06-20 92,16 91,37 90,59 89,80 89,01-10 96,09 95,30 94,52 93,73 92,95-0 100,00 99,22 98,44 97,65 96,87

0 100,00 100,78 101,56 102,34 103,12


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CAE41REXEMPLAIRE POUVANT SERVIR DE BROWLLON

ANNEXE4

.M.9 . .NIAg.~.P.~.~IA.~.Q.~N.~~f; .Bolte de resistances


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CAE41REXEMPLAIRE A RENDRE AVEC LA COPIE

ANNEXE4

Boite de resistances


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CAE41REXEMPLAIRE POUVANT SERVIR DE BROUILLON

ANNEXES

CARACTERISTIQUE DES VANNES PV2 et PV3Diagramme de Partage d'echelle

% d'ouverture des vannes100


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CAE41REXEMPLAIRE A RENDRE AVEC LA COPIE

ANNEXES

CARACTERISTIQUE DES VANNES PV2 et PV3Diagramme de Partage d'echelle

% d'ouverture des vannes100 ------------------------------------------~

PV PV


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% ---------------~--------l70 .------_,--------- -------------- ---,-----------,---------,--------,--------,-----rc------r I

I III

60

50

40

20

tl~---- .-----~-----o 5I

, --- --- ,-- --- --- -~ _ _ _,_ __ _1 __ __ __ _- __ __ __ r - .- --~ ~~

55 60l 15 20 25 30 35 40 45 50

---------- -----------------._------------ ___

L es u nite s e n a bs cis se s s on t exprirnees e n m in ut es (m in ).

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16/16

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