Octobre 2006

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	Truc du mois : Ces oscillations sont-elles normales ?
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Groupe d'usagers de Top Control

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Séminaire sur l'optimisation de procédé et la supervision des performances
du 23 au 24 octobre 2006 à Montréal, QC

Séminaire sur les outils avancés en contrôle de procédé
du 25 au 27 octobre 2006 à Montréal, QC

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du 31 octobre au 2 novemrbe 2006 à Québec, QC

La sélection de vannes de contrôle
du 7 au 9 novembre 2006 à Montréal, QC

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Truc du mois : Ces oscillations sont-elles normales ?

Vous observez qu'une température oscille sur l'écran de l'interface d'opération. Est-ce normal? st-ce du bruit, des perturbations ou autre chose ?
En contrôle de procédé, les oscillations doivent être éliminées car elles ont plusieurs effets négatifs : augmentation des coûts d'énergie, apparition de perturbations inutiles, réduction de la qualité, réduction de la durée de vie des équipements, etc.

Bruit ou perturbation

Dans une boucle de contrôle, le contrôleur utilise l'erreur entre le SP (point de consigne) et le PV (mesure) pour manipuler le CO (sortie du contrôleur) afin de ramener la mesure au point de consigne. Le temps de stabilisation correspond au temps nécessaire pour ramener le PV au SP (on considère le temps pour parcourir 95% du changement total). Le temps de stabilisation dépend du procédé et des paramètres du contrôleur.

Si la boucle est réglée de façon relâchée, le temps de stabilisation est long et l'écart nécessaire pour ramener le PV au SP est plus grand. Si les réglages sont agressifs, le temps de stabilisation est plus court et l'écart nécessaire est faible, mais des oscillations temporaires (oscillations amorties) peuvent apparaître

Si la période des oscillations est plus courte que le temps de stabilisation, le contrôleur ne peut pas lutter pour les éliminer ou les réduire; on parle alors de bruit. Si la période des oscillations est plus longue que le temps de stabilisation, on est en présence de perturbations.

Pour réduire l'impact des oscillations qui sont des perturbations, il est préférable de les éliminer à la source ou du moins de changer leur période. Par exemple, si un système inverse le sens du débit dans un échangeur de chaleur pour réduire l'encrassement, le rythme des inversions devrait être choisi pour réduire l'impact sur les autres boucles. Si le niveau dans un réservoir est contrôlé par un système séquentiel de type Haut/Bas et que les remplissages provoquent des oscillations sur d'autres boucles, il est probablement préférable de remplacer ce système séquentiel par un contrôleur et une vanne modulante.

Si des oscillations correspondent à du bruit, il est aussi préférable de les éliminer ou de les réduire à la source. Si ce n'est pas possible, un filtre doit être ajouté sur le PV pour réduire l'impact sur la sortie et pour réduire sa propagation vers les autres boucles.

Boucles sans oscillations

Dans les procédés dont les boucles sont optimisées, toutes les mesures (PVs) devraient présenter une distribution statistique normale, un spectre de fréquence plat et un diagramme d'autocorrélation se retrouvant à l'intérieur de l'intervalle de confiance après le temps de stabilisation. Il ne devrait y avoir aucune oscillation mais du bruit blanc (fréquences également distribuées).

Règles de pouce

ts >> td	ou	ts ~ 10td
<< td	ou	~ td ÷ 5

ts	temps stabilisation	temps pour atteindre 95% du changement
td	temps délai	temps pour observer un changement sur PV après un changement sur CO
	constante de temps du filtre 1er ordre

Par exemple, si une boucle de température a un temps de délai de 60 secondes, alors le filtre devrait avoir une période d'environ 12 secondes et le temps de stabilisation devrait être d'environ 600 secondes, soit une dizaine de minutes. Des oscillations de 1 ou 2 minutes apparaîtront comme du bruit alors que des oscillations de plusieurs dizaines de minutes seront perçues comme des perturbations.

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