Régulation de niveau d'eau (EN PAUSE)

date de début : 09/2015
Porteur de projet BEN KEMMOUM (contact : benkemmoumsalem@hotmail.com)
Suivie par Emmanuel (contact : emmanuel.thiery@pmclab.fr)

La régulation automatique est une discipline dont les applications sont très répondues dans la vie de tous les jours ainsi que dans l'industrie. Elle est utilisée pour contrôler diverses grandeurs physiques et les maintenir à des valeurs désirées (dites consignes) sans l'intervention de l'homme.

En effet en industrie pour assurer un bon fonctionnement des procédés de fabrication et ainsi garantir une bonne qualité des produits (qualité des hydrocarbures dans une raffinerie, qualité d'une boisson, Yaourt…etc) il faut installer des systèmes de commandes automatiques (cartes électronique + algorithmes de commande) qui comparent constamment les signaux de mesures délivrés par des capteurs (Température, pression, niveau d'un liquide, débit…etc), calcul leurs écart par rapport aux valeurs désirées (consignes) et envois en conséquences des signaux de commande adéquat afin d'actionner des actionneurs (vannes, pompes, moteurs…etc) dans le but de rétablir l'équilibre désiré (maintenir l'écart égal à zéro entre la mesure et la valeur de consigne).

Dans les laboratoires d'automatique (universités et centre de recherche) il existe des mini-procédés pour permettre aux étudiants/chercheurs d'expérimenter divers algorithmes de commande automatiques (régulation de température, niveau, débit…etc) afin de leur permettre d'assimiler les principes de cette discipline.

A titre d'exemple je propose de réaliser un mini-procédé dont le but est d'expérimenter le contrôle du niveau d'eau (régulation de niveau) dans une éprouvette graduée de 2 L en utilisant un capteur de distance, une mini-pompe à eau 12 volts-DC et une carte Arduino (ou autres carte de commande).

1) Je suis automaticien de formation et je me suis inscrit en M1 SESI pour me perfectionner en programmation et en électronique dans le but de me spécialiser dans la conception de systèmes embarqués dédiés au contrôle de procédés (régulation automatique).

2) J'aimerais faire connaitre cette discipline à mes camarades du PMClab avec cet exemple et de leur montrer l’intérêt de la commande automatique et son très large domaine d'application.

3) Un système de commande automatique (Régulateur, automate programmable, …etc) est en fait une carte électronique à processeurs (ou à microcontrôleurs) qui permet à l'automaticien d'introduire divers algorithmes de commande (équations mathématiques) sous forme de code informatique (Régulation ON/OFF, Régulation classique P.I.D, Régulation cascade, commande adaptative, …etc). Donc je trouve que la réalisation de ce mini-procédé nous permettra d'effectuer des exercices intéressant en programmant des algorithmes (équations mathématiques) de plus en plus complexe et d'améliorer notre niveau en programmation.

(prix, facilité de fabrications, particularités spécifiques):

Il existe des entreprises spécialisées dans la fabrication de minis-procédés de laboratoire (banc d'essai) et j'ai remarqué que les prix de ces derniers sont très élevés ce qui fait que beaucoup de laboratoire d'automatique sans mal équipé (prix d'un banc d'essai PRODIDAC = 20 000 euro).

Voilà des exemples d'entreprise avec les mini-procédés qu'ils proposent :

DELTALAB : http://www.deltalab.fr/enseignement-genie-des-procedes/genie-industriel/regulation/banc-de-regulation-de-niveau-mp115

ARMFIELD : http://discoverarmfield.com/en/products/view/pct40/multifunction-process-control-teaching-system

PRODIDAC : http://www.prodidac.fr/Régulation automatisme électrotechnique/Régulation/0.htm

par contre il y a moyen de réaliser soit même des mini-process suffisamment fiable et permettre aux débutants d'assimiler pas mal de choses (avec un budget d'environ 100 euro on peut réaliser un mini-process pour expérimenter une régulation de niveau d'eau en utilisant une mini-pompe et un capteur de distance pour mesurer le niveau, et bien sûr une carte Arduino pour effectuer le pilotage de l'instrumentation utilisée).

1) Les bancs d'essais (mini-procédés) fabriqués par les entreprises citées ci-dessus.

2) Mon projet de fin d'études que j'ai réalisé pour l'obtention de mon dernier diplôme (automaticien) qui consistait justement en la réalisation d'un banc d'essai de régulation pour deux paramètres (niveau et température de l'eau).

=⇒ voir photo :

01/2016

PAS BESOIN DE MACHINES CNC POUR LE MOMENT. ( PEUT ÊTRE POUR UN DEUXIÈME PROTOTYPE PLUS COMPLET L’ANNÉE PROCHAINE )

/* - Mini-pompe DC 12 VOLTS, prix ; environ 10 euro ;

exemple : http://www.amazon.fr/douself-Ultra-silencieux-Brushless-submersible-Ascenseur/dp/B00LMTRM04/ref=sr_1_2?s=hi&ie=UTF8&qid=1442834997&sr=1-2

/* - Une éprouvette graduée 2000 mL, prix; environ 15 euro ;

exemple : http://www.amazon.fr/dp/B014E0TF5C/ref=asc_df_B014E0TF5C28935122?utm_source=twenga&utm_param=eyJzIjo2MjU4MTA3LCJzbyI6MCwiY2kiOiIwMTU4ZGUwNjgzNTU1YzVmMDMyMDc2OGUyMTY1MWY1YiIsImkiOjM5ODkzMDA4NTg3NTE3MTIwNjYsInRzIjoxNDQyODM2MTg5LCJwciI6MTMuMDksImMiOjc5OTU3LCJwIjoxOTQxfQ

/* - Un Capteur de distance Sharp 70 cm, prix; environ 4 euro sur ebay;

http://www.ebay.com/itm/GP2Y0A21YK0F-Sharp-IR-Analog-Distance-Sensor-Distance-10-80CM-Cable-Arduino-/221882235373exemple :

/* - une carte Arduino pour le contrôle du process.

arduino Uno ou similaire fournisseur : Electrodragon 9.64 €

/* - Divers composants :

- un transistor de puissance NPN

- des résistances.

- des diodes.

- Une alimentation 12 Volts DC 10 Ampère (ou 5 ampère) pour la pompe (tout dépend de la pompe).

- Une tuyauterie (quelques cm de longueurs) en plastique pour la pompe ( peut être avec un diamètre 8 mm, ça dépend de la pompe aussi).

/* ici il faut décrire la fabrication de votre projet de A à Z. Il est astucieux de diviser en un maximum de partie votre projet, cela permet d'avoir une vision globale du projet et de “sous terminer” votre projet, ce qui est stimulant.

Partie puissance (actionneur) : 19 octobre 2015

interface entre l'Arduino et la pompe en utilisant un transistor de puissance, deux diode, une résistance.

Partie mesure (capteur) : 2 novembre 2015

Mesure de niveau (distance) en utilisant un capteur de distance SHARP 70 cm ou un Module ultrason SRF04 ou SRF05 Avec affichage de la mesure sur un afficheur LCD.

Étalonnage et réglage du signal de mesure : 16 novembre 2015 il faut que la mesure soit très précise et reflète la valeur réel du niveau d'eau ( pas de bonne commande automatique sans une mesure fiable).

Réglage du débit de la pompe par un signal PWM et Étalonnage : 23 novembre 2015

Implémentation du premier algorithme de commande : 30 novembre 2015 commande de la pompe en ON/OFF en respectant une plage de tolérance donnée pour la mesure (hystérésis).

Implémentation d'un régulateur P.I.D : janvier 2016

PERSPECTIVES :

1) Utilisation d'un module USB_to_UART pour effectuer la commande du mini-procédé via le PC grâce à une interface graphique à développer avec C++, C# ou visual basic. et permettre ainsi de tracer les allures des signaux de mesure et de commande de notre procédés.

2) Effectuer une identification de système avec une méthode graphique (modèle de représentation) et faire la comparaison avec le modèle mathématique de connaissance.

mettre :
- lien vers les fichiers stl et autres (pour cela, il faut l'uploader sur un cloud, le partager en mode public et e mettre en lien ici)
- les schéma
par exemple, si vous faite un montage arduino, utiliser |fritzing, pour avoir un beau schméa comme le suivant :

- les codes nécessaires
exemple :

printnf("La puissance ! Charlotte ...")

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/* Ici il faut mettre l'avancement du projet au jours le jour. Cela permet au documenteur de partager son experience (choix, difficultés…), mais aussi au PMClab de savoir si un projet continue de se construire.

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