Installations de régulation

La durée de vie et la précision d’un système de régulation peuvent être influencées par des facteurs d’installation. Ce tutoriel aborde les considérations de base importantes, notamment le positionnement des équipements et du câblage, les interférences radioélectriques et la protection contre l’environnement.

Capteurs de température

Emplacement du capteur La position du capteur est importante, et il doit être placé à un endroit où il peut détecter une pression, une température ou un niveau représentatif. La longueur du capteur doit également être prise en compte. Si le capteur à utiliser est grand ou long, des dispositions doivent être prises à cet effet dans la tuyauterie dans laquelle il est installé. Les capteurs pour les systèmes de régulation auto-actionnés peuvent avoir de nombreuses formes et tailles différentes. En général, les capteurs pour les systèmes de régulation électroniques et pneumatiques sont plus petits que ceux pour les régulations auto-actionnées. L’exigence suivante est de positionner le capteur à un endroit où il n’est pas susceptible d’être endommagé, et éventuellement de le placer dans un fourreau si nécessaire. Le fourreau doit être suffisamment long pour permettre au capteur d’être entièrement immergé dans le liquide. Si, dans la Figure 8.4.1, le raccordement était plus long, le capteur pourrait ne pas être correctement immergé dans le fluide. Protection du capteur Si le capteur doit être installé dans une cuve, il peut être préférable de le placer près d’un des coins, où la résistance de la paroi est la plus grande, avec moins de chances de flexion. Avec certains fluides, il est nécessaire de protéger le capteur pour l’empêcher d’être corrodé ou dissous. Les fourreaux sont généralement disponibles en divers matériaux, notamment :

Acier inoxydable.
Acier doux.
Cuivre et laiton, qui conviennent aux applications moins sévères.
Verre résistant à la chaleur, qui offre une bonne protection générale contre les produits corrosifs comme les acides et les alcalis, mais ceux-ci peuvent être fragiles. Les tubes capillaires de régulation auto-actionnée peuvent généralement être fournis avec un revêtement PVC, ce qui est utile dans les environnements corrosifs. Lorsqu’il est possible de placer le capteur à travers le côté de la cuve, la disposition d’un fourreau permet également de retirer le capteur sans vider le contenu. Un fourreau tendra à augmenter le retard avant que la régulation puisse répondre aux changements de température de la solution, et il est important de prendre des dispositions pour réduire cela au minimum. Il y aura, par exemple, un espace d’air entre le capteur et l’intérieur du fourreau, et l’air est un isolant. Pour surmonter cela, une pâte thermiquement conductrice peut être utilisée pour remplir l’espace.

Vannes et actionneurs

La position préférée de l’actionneur dépendra du type de système de régulation utilisé. Pour les vannes de régulation auto-actionnées, il est généralement préférable que l’actionneur soit monté sous la vanne. À l’inverse, il est généralement préférable de monter un actionneur électrique ou pneumatique au-dessus de la vanne, sinon toute fuite de la tige pourrait entraîner un fluide de procédé, qui peut être chaud ou corrosif, se déversant sur l’actionneur. Le montage horizontal n’est pas recommandé car au fil du temps :

Une usure inégale de la tige peut se produire.
Le clapet de la vanne peut ne pas se présenter correctement sur le siège de la vanne. La construction en matériaux des actionneurs électriques doit être appropriée à l’environnement en termes de degré de protection de l’enveloppe contre l’excès d’humidité et les gaz et liquides dangereux. La vanne et l’actionneur seront plus lourds qu’une longueur équivalente de tuyauterie, et auront besoin d’un support adéquat. Il est important, avant et après l’installation, de vérifier que la vanne est installée avec sa flèche de débit dans la bonne direction. Assez d’espace doit être laissé autour de la vanne et de l’actionneur pour la maintenance, et pour soulever l’actionneur de la vanne.

Interférences radioélectriques (RFI)

Les interférences radioélectriques sont du bruit électrique qui peut provoquer la corruption des signaux de régulation et affecter le fonctionnement des contrôleurs électroniques. Il existe deux formes de RFI :

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Impulsionnelle (transitoire). Les émetteurs radio, les ordinateurs, les chauffages par induction et autres équipements similaires émettent des interférences radioélectriques haute fréquence continues. Les interférences impulsionnelles sont générées par des arcs électriques, qui peuvent se produire lors de l’ouverture des contacts de commutation, en particulier ceux responsables de la commutation de composants inductifs, tels que les moteurs ou les transformateurs. L’ingénieur en régulation se préoccupe souvent davantage des interférences impulsionnelles. Les impulsions sont de très haute intensité et de très courte durée, et peuvent perturber les signaux de régulation électriques réels. Transmission des RFI Les interférences radio peuvent se propager via deux modes :
Conduction.
Rayonnement. Les interférences conduites sont transmises au contrôleur via les câbles d’alimentation secteur. L’installation d’un suppresseur d’interférences dans l’alimentation aussi près que possible du contrôleur peut réduire son effet. Les interférences rayonnées sont un problème plus important car elles sont plus difficiles à contrer. Cette forme d’interférence est comme une transmission diffusée captée par des « antennes » naturellement formées par le câblage de signal, puis réémises à l’intérieur du boîtier du contrôleur vers des zones plus sensibles. Les composants électroniques du contrôleur peuvent également recevoir des transmissions directement, en particulier si la source d’interférence est à moins de 200 mm. Effets des RFI Les types de contrôleurs répondent aux différentes formes d’interférence de différentes manières. Les contrôleurs analogiques répondront généralement aux interférences continues plutôt qu’aux interférences transitoires mais se rétabliront généralement lorsque l’interférence cesse. Les symptômes des interférences continues ne sont pas facilement reconnaissables car ils influencent généralement la précision de mesure. Il est souvent difficile de distinguer les effets des interférences du fonctionnement normal du dispositif. Les interférences transitoires sont plus susceptibles d’affecter les sorties relais, car leur occurrence est plus rapide que ce à quoi les circuits analogiques peuvent répondre. Les contrôleurs à microprocesseur sont plus sujets à la corruption par les interférences impulsionnelles transitoires mais ont une immunité plus élevée aux interférences continues. Le premier indicateur qu’une interférence s’est produite est souvent que l’affichage est figé, brouillé ou contient des symboles dénués de sens en plus de l’affichage normal. Les symptômes plus difficiles à détecter comprennent des inexactitudes de mesure ou une position incorrecte de l’actionneur, cela peut continuer non détecté jusqu’à ce que le système soit clairement hors de contrôle. Pratiques d’installation pour limiter les RFI La sélection et l’installation correctes du câblage des signaux de régulation sont essentielles pour réduire la sensibilité aux RFI. Les paires torsadées de fils sont moins sensibles aux interférences que les câbles parallèles (Figure 8.4.2). Les câbles blindés à la terre sont encore moins sensibles aux interférences que les paires torsadées de fils, mais on ne peut pas toujours compter sur cela, en particulier à proximité des câbles à courant élevé.

Le câble blindé (Figures 8.4.3) ne doit être mis à la terre qu’à une seule extrémité, voir Figure 8.4.3 (« A » et « B ») ; la mise à la terre aux deux extrémités entraînera une détérioration de la situation. Séparer les fils du câblage d’alimentation (Figure 8.4.4) peut réduire le couplage via les fils de signal. BS 6739 : 1986 recommande que cette séparation soit d’au moins 200 mm pour le câblage d’alimentation des instruments et 250 mm pour les autres câbles d’alimentation.

On a constaté en pratique que les fils de signal peuvent être acheminés à côté / à proximité du câblage d’alimentation à condition qu’ils soient contenus dans leur propre blindage mis à la terre, voir Figure 8.4.5. Les interférences impulsionnelles générées par des arcs électriques peuvent être réduites au moyen d’un suppresseur approprié connecté en parallèle sur les contacts de commutation. Le couplage par rayonnement direct peut être réduit en installant les contrôleurs à au moins 250 mm des sources d’interférence, telles que les disjoncteurs ou les relais de commutation secteur. Séparation des câbles Les informations suivantes sont reproduites à partir du Code de bonnes pratiques du British Standard pour l’instrumentation dans les systèmes de régulation de procédés : conception et pratique d’installation BS 6739 : 1986 : Paragraphe 10.7.4.2.2 - Séparation des câbles d’alimentation

Les câbles d’instrumentation doivent être acheminés au-dessus ou en dessous du sol, séparés des câbles d’alimentation électrique (c’est-à-dire les câbles CA, généralement au-dessus de 50 Vca avec un calibre de 10 A).
Les parcours parallèles de câbles doivent être évités. Cependant, lorsque cela est inévitable, une séparation physique adéquate doit être prévue.
Un espacement de 250 mm est recommandé par rapport aux câbles d’alimentation CA jusqu’à 10 A. Pour des calibres plus élevés, l’espacement doit être augmenté progressivement.
Lorsqu’il est inévitable que des câbles de signal et d’alimentation se croisent, les câbles doivent être disposés pour se croiser à angle droit avec un moyen de séparation d’au moins 250 mm. Paragraphe 10.7.4.2.3 - Séparation entre câbles d’instrumentation

Catégories 1 et 2 espacées de 200 mm.
Catégories 2 et 3 espacées de 300 mm.
Catégories 1 et 3 espacées de 300 mm. Les câbles sont classés comme suit :
Câbles d’alimentation CA - Câbles généralement au-dessus de 50 Vca avec un calibre de 10 ampères.
Catégorie 1. Câblage d’alimentation et de commande des instruments au-dessus de 50 V - Ce groupe comprend les alimentations CA et CC et les signaux de commande jusqu’à 10 A.
Catégorie 2. Câblage de signal de niveau élevé (5 V à 50 Vcc) - Ce groupe comprend les signaux numériques, les signaux d’alarme, les signaux d’arrêt et les signaux analogiques de niveau élevé, par exemple 4 - 20 mA.
Catégorie 3. Câblage de signal de bas niveau (en dessous de 5 Vcc) - Ce groupe comprend les signaux de température et les signaux analogiques de bas niveau. Le câblage des thermocouples relève de cette catégorie. Bien que cela ne soit pas toujours pratique, tous les efforts doivent être déployés pour atteindre les séparations recommandées.

Normes de protection électrique

Les équipements électriques tels que les contrôleurs électroniques doivent être adaptés à l’environnement dans lequel ils seront utilisés. Des environnements dangereux peuvent être trouvés dans les raffineries de pétrole, les plates-formes offshore, les hôpitaux, les usines chimiques, les mines, les usines pharmaceutiques et bien d’autres. Le degré de protection variera en fonction du danger potentiel, par exemple le risque d’étincelles ou de surfaces chaudes enflammant des gaz et vapeurs inflammables pouvant être présents. Il est tout aussi important de protéger l’équipement contre l’humidité, la poussière, la pénétration d’eau et les variations brutales de température. Des normes et des procédures existent pour réduire les chances que l’équipement provoque des défauts, qui pourraient autrement déclencher des incendies ou des explosions dans les équipements adjacents. Des normes de protection de base ont été élaborées pour répondre à des environnements spécifiques. Indices IP L’indice IP, ou indice de protection internationale indiqué pour une enveloppe, est un moyen de classifier le niveau de protection offert par l’enveloppe, en utilisant deux chiffres, comme montré dans les Tableaux 8.4.1 et 8.4.2. Le premier chiffre (voir Tableau 8.4.1) se réfère à la protection offerte contre la pénétration d’objets étrangers tels que des leviers, des tournevis ou même la main d’une personne. La gamme comprend sept chiffres commençant par 0, désignant aucune protection offerte contre les objets matériels ou l’intervention humaine ; jusqu’à 6, offrant une protection méticuleuse contre la pénétration de poussière ou de particules extrêmement fines. Le deuxième chiffre (voir Tableau 8.4.2) indique le degré de protection contre la pénétration d’eau. La gamme commence par 0 signifiant aucune protection contre l’eau. Le plus élevé est 8, donnant une protection optimale pour un équipement immergé en continu dans l’eau. Exemple 8.4.1 Une enveloppe électrique ayant l’indice IP34 suivant peut être définie comme suit : Il n’est pas dans l’intention de ce Module d’entrer dans les détails concernant le sujet de la protection des enveloppes. Le sujet est abordé beaucoup plus en profondeur dans les Normes Internationales, BS EN 60529 :1992 en étant une. Le lecteur est invité à se référer à de telles normes si des informations sont nécessaires à des fins spécifiques. Équipements électriques à protection antidéflagrante On a brièvement montré comment les indices IP couvrent deux domaines importants de protection. Il existe cependant de nombreux autres types de dangers auxquels faire face. Ceux-ci peuvent inclure la corrosion, les vibrations, le feu et l’explosion. Ces derniers sont susceptibles de se produire lorsque les équipements électriques produisent des étincelles, fonctionnent à des températures élevées ou amorcent des arcs ; enflammant ainsi des produits chimiques, des huiles ou des gaz. En pratique, il est difficile de déterminer si une atmosphère explosive sera ou non présente à un endroit spécifique dans une zone potentiellement dangereuse ou une usine. Ce problème a été résolu en assignant une zone au sein de l’usine où des gaz inflammables peuvent être présents à l’une des trois zones dangereuses suivantes :

Zone 1 - Une zone où le gaz explosif est continuellement présent ou présent pendant de longues périodes.
Zone 2 - Une zone où le gaz explosif est susceptible de se produire pendant le fonctionnement normal.
Zone 3 - Une zone où le gaz explosif n’est pas susceptible de se produire pendant le fonctionnement normal et, s’il se produit, n’existera que pendant une courte période. De nombreuses tentatives ont été faites pour formuler des normes de protection acceptées internationalement. La CEI (Commission Électrotechnique Internationale) a été la première à produire des normes internationales dans ce domaine, cependant, le CENELEC (Comité européen de coordination des normes électriques) réunit actuellement tous les grands pays de fabrication européens sous un ensemble de normes. L’équipement de mesure et de régulation est couvert par une méthode de protection à sécurité intrinsèque, basée sur la réduction du risque d’explosion en limitant la quantité d’énergie électrique entrant dans une zone dangereuse, et ne nécessite donc pas, en principe, d’enveloppes spéciales. Il y a deux catégories d’appareils à sécurité intrinsèque définis par le CENELEC et la CEI, à savoir, EX ia et EX ib. Classe EX ia Celle-ci classe les équipements comme ne pouvant pas provoquer d’inflammation dans les procédures opérationnelles normales, ou à la suite d’un défaut unique ou de deux défauts entièrement indépendants. Classe EX ib Celle-ci classe les équipements comme ne pouvant pas provoquer d’inflammation dans les procédures opérationnelles normales, ou à la suite d’un défaut unique. Comme pour la protection IP, ce Module n’a pas l’intention de discuter ce sujet en profondeur ; c’est un sujet complexe compliqué par le fait que les groupements d’équipements peuvent être différents dans différents pays. Il est suggéré que, si le lecteur a besoin de plus d’informations sur ce sujet, il ou elle étudie la norme pertinente appropriée.