IMA4 2017/2018 P60
Sommaire
Présentation générale : Commande de niveau d'eau
Description
Objectifs
Le principal objectif de ce projet est de créer un observateur, c’est-à-dire reconstruire des valeurs dont on ne dispose pas directement (débit de sortie, niveau d’eau, débit dans le tube reliant les 2 cuves) et de celle dont on dispose, à partir de valeurs mesurées et du modèle du système qui sera identifié. Cet observateur va nous permettre de détecter s’il y a des anomalies (exemple : fuites) dans le système lors d’une simulation grâce à un capteur logiciel. Avec celui-ci nous allons pouvoir d’ailleurs voir la différence des valeurs entre le capteur physique et le capteur logiciel obtenu par l’observateur pour savoir si cela est cohérent. Et pouvoir alors gérer les pannes de capteurs s'il y en a.
Analyse du projet
Positionnement par rapport à l'existant
Analyse du premier concurrent
ERM automatisme industriels
Etude des régulations de niveau, débit et pression dans les réservoirs et réseaux d’eau potable: Puisée et rendue potable, l’eau de consommation est généralement transportée vers un ou plusieurs réservoirs situés en hauteur
Ce système doit permettre la distribution d'eau potable en quantité suffisante pour satisfaire aux besoins quotidiens des usagers et en même temps répondre à des besoins exceptionnels et urgents (lutter contre les incendies). Le niveau des réservoirs, le débit et la pression de l'eau sont par conséquent contrôlés, ajustés et optimisés en permanence. Le produit proposé permet de réaliser des activités pédagogiques autour du stockage et de la distribution d’eau potable: Architecture du réseau, Mesures, Régulations (TOR ou PID), Optimisation, Economies d’énergie...
Contenu du produit didactique "Régulation et distribution d’eau potable" Le système "Régulation de niveau et distribution d’eau potable" (Référence DI10) est constitué dans sa version de base de: üRéservoir d’eau représentant une réserve d’eau naturelle üCuve de stockage d'eau potable üTransmetteur de niveau analogique (Ultrasons) pour mesure du niveau d'eau dans la cuve üPompe à débit variable assurant le remplissage de la cuve üUn Transmetteur de débit analogique (Effet Vortex) üVanne ¼ de tour manuelle permettant de régler le débit d'eau gravitaire en sortie de la cuve üElectrovanne de perturbation de débit
Des exécutables Labview de contrôle commande et mesures sont fournis avec le matériel.
ü Activités: • Analyse fonctionnelle: systèmes de stockage et distribution d’eau potable (SysML fourni) • Etude des différents principes de mesures (Lois physiques, capteur, transmetteur,...) • Etude des pompes à débit variable et des vannes • Identification d’un système stable en BO, en BF (Description des différentes méthodes) • Régulation et asservissement de niveau simple (P, PI, PD, PID), • Régulation de niveau intégrateur • Etude d’un système instable en BO, en BF(Description des différentes méthodes) • Etude des économies d’énergie dans la gestion d’un réseau d’eau potable
Analyse du second concurrent
Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé
Ce projet peut être mis en place dans les usines utilisant des fluides comme le pétrole, ou encore du liquide explosif. Ce qui peut représenter un grand danger notamment s'il y a des anomalies dans le processus. Il y a donc une nécessité de superviser chaque mesure du système. Pour mettre en place ceci nous avons alors besoin de redondance de capteurs. Mais dans ce cas, que faire lors d'une panne de capteurs ? On va devoir vérifier les cas d’erreurs les plus probables. Pour cela, on va avoir besoin de prévoir la valeur des variables critiques du système et l'associer avec une solution possible selon le problème.
Réponse à la question difficile
Question : Est-ce possible de réaliser un tel projet avec tout type de système (système ouvert, ...) ?
Préparation du projet
Cahier des charges
Choix techniques : matériel et logiciel
Pour ce projet, nous allons avoir à disposition le système à 2 réservoirs présent en C008. Celui est composé de deux réservoirs, six vannes, d'un serpentin de retard, d'une pompe et d'un panneau de commande. Ce système est commandé par un ordinateur équipé d’une carte d’acquisition National Instrument, et du noyau Temps Réel dans Matlab
Matlab simulink est un logiciel de modélisation visuelle des systèmes physiques et dynamiques qui peut simuler diverses données avec l'objectif d’assurer que le système marche conformément aux spécifications données et aussi pour l’optimiser.
Le logiciel a la fonction de réguler le système à cuve en utilisant trois solutions différentes : Un correcteur PID Une régulation en cascade La logique floue
Selon la solution choisie, il trouvera les paramètres du correcteur, présentera la courbe du niveau d’eau en fonction du temps, et corrigera l’erreur du système en sachant des entrées mais sans la connaissance de son modèle mathématique.
Liste des tâches à effectuer
Etape 1 : Modélisation mathématique du système à l'aide des lois physiques puis estimation des paramètres du modèle à l'aide des données (débit d'entrée et hauteurs mesurées).
Exemple : Si on a modélisé le système et on obtient un deuxième ordre qui est de la forme : Y(p)/U(p)= K/(p^2+a*p+b). Pour estimer les paramètres du modèle, il faut estimer K, a et b
Etape 2 : Conception de l'observateur du système (ce sera fait par calcul) et son implémentation sous Matlab Simulink.
Etape 3 : Génération des signaux indicateurs de défauts appelés résidus à partir des mesures recueillies directement sur le système physique et données générées par l'observateur
Etape 4 : Mise en place d'un test statistique pour générer des alarmes
Calendrier prévisionnel
Réalisation du Projet
Feuille d'heures
| Tâche | Prélude | Heures S1 | Heures S2 | Heures S3 | Heures S4 | Heures S5 | Heures S6 | Heures S7 | Heures S8 | Heures S9 | Heures S10 | Total |
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| Analyse du projet | 0 | 8 |
Semaine 1
Nous avons débuté réellement le projet lors de la séance du 16 janvier 2018 de 14h à 16h car avant cela nous n'avions pas accès à la salle. Nous avons bénéficié d'un récapitulatif de notre tuteur sur notre projet de manière générale et sur quoi nous allions commencé pour démarrer le projet.
Notre premier objectif est tout d'abord de se familiariser avec Matlab en lien avec la maquette des 2 cuves via la carte d'acquisition 6024E intégrée dans la tour d'ordinateur et connectée à la commande qui permet de gérer le système. Une fois le modèle de base recréé sur Matlab en mode temps réel, il nous a été demandé dans un premier temps de trouver comment retrouver grâce au capteur, le niveau d'eau de la première cuve. Pour cela, il nous fallait d'abord savoir sur quel "channel" était connecté le capteur du premier réservoir afin de demander cette entrée au niveau de Matlab. N'ayant pas de documentation technique à notre disposition, nous nous sommes permises de demander à des élèves de cinquième année le numéro des "channel" pour le capteur de niveau du réservoir 1 et du réservoir 2.
En observant le signal en sortie, nous avons pu remarquer qu'il y avait beaucoup de bruit et que la valeur même moyenne du signal ne correspondait pas à la mesure en cm du niveau d'eau. Pour réajuster cela nous avons ajouter de quoi filtrer le signal, pour à la fin obtenir quelque chose de plus lisse et nous avons soustrait à ce signal une constante de 1,8 pour avoir une mesure correct du niveau d'eau.
