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6) Déclaration des points physiques : sonde de soufflage

6) Déclaration des points physiques : sonde de soufflage

La technique de programmation développée dans ce dossier s’appuie sur une UTL très classique : le régulateur-automatique DX9100 du constructeur Johnson Controls.

Cette UTL permet le raccordement de :

  • 8 entrées analogiques et 8 entrées digitales
  • 8 sorties analogiques et  6 sorties digitales

Elle dispose donc largement des quelques points physiques nécessaires pour gérer cette petite installation.

S’agissant d’un produit déjà ancien, bon nombre d’installations de Génie Climatique en sont équipées. Par ailleurs, la procédure est graphique et assez intuitive, et représentative de la logique à acquérir pour qui veut se lancer dans la programmation d’UTL.

En lançant l’application pour la première fois, on découvre l’écran encore vierge de toute programmation :

Dans la colonne de gauche apparaissent les 8 entrées analogiques et les 8 entrées digitales

Dans la colonne de droite apparaissent les 8 sorties analogiques et les 6 sorties digitales

Les menus proposés permettront d’insérer les blocs fonctionnels liant les entrées et les sorties.

Nous avons besoin, dans notre application, de configurer :

  • une entrée pour la sonde de soufflage
  • une entrée pour le thermostat antigel
  • une sortie pour la vanne de régulation

Question

Quels types de points faut-il prévoir, puisés dans la liste classique : AI, DI, AO, DO ?
Il faut prévoir :
Une entrée AI pour la sonde de soufflage,
Une entrée DI pour le thermostat antigel,
Une sortie AO pour la vanne de régulation

Configurons donc l’entrée AI1, pour qu’elle accueille la sonde de température de soufflage.
Il s’agit d’une sonde de gaine référencée TS-9101-8323 chez le constructeur Johnson Control.

Voici un extrait de la gamme de sondes :

La déclaration de la sonde dans le logiciel (voir tableau ci-dessous) consiste notamment à préciser :

  • L’unité de mesure
  • Le type d’entrée
  • Le haut de plage et le bas de plage

Le haut de plage et le bas de plage définissent une échelle de 0 à 100% dont se servira ultérieurement le bloc régulateur. Ainsi, pour la sonde TS-9101-8322, d’amplitude -20/+40, [°C] une valeur de 10 [°C] fournira une valeur de 50% aux blocs fonctionnels raccordés à cette entrée.

(Les champs suivants sont facultatifs)

On accède à l’affichage de la fenêtre « ENTREE ANA ACT (AI1) en cliquant à droite sur le point AI1 (surbrillance noire)

Question

La fenêtre ci-dessous relative à l’entrée AI1 est-elle correctement renseignée ?

Oui

L’unité de mesure : 1 = Température (voir en bas de la fenêtre) ;
On remarquera la confusion entre « Unité de mesure » (en [°C] normalement) et l’indication « Température » (qui est la grandeur physique) ; il ne faut pas se formaliser pour cet écart de langage…

Le type d’entrée : 0 pour le signal 0-10 [V] de cette sonde active (voir en bas de la fenêtre).

Le haut de plage et le bas de plage : 40 et 0 ; cette ligne est importante, car elle conditionne la conversion dont se servira ultérieurement le bloc régulateur.

Les autres champs sont destinés notamment à enrichir les fonctionnalités ou à améliorer la qualité de fonctionnement ; ainsi, les seuils Haut et Bas génèrent une alarme interne à l’UTL ; une LED clignotera sur la façade de l’UTL si la température quitte l’intervalle fixé par ces seuils.

Question

Proposez, en les justifiant, un seuil Haut et un seuil Bas pour cette régulation de température de soufflage.
Il ne serait pas normal que la température de soufflage dépasse 25 [°C] en hiver, puisque la consigne est 20 [°C] ; il faut toutefois penser à l’été où la température peut atteindre 35 [°C] ou plus en cas de canicule ; pour éviter des alarmes intempestives, il est préférable de laisser le seuil à sa valeur haute (40 [°C]).

Il n’est jamais normal que la température de soufflage s’approche trop de 0 [°C] ; ce serait un signe de défaillance de la protection antigel de la batterie chaude ; on propose un seuil bas de 5 [°C], en avertissement supplémentaire à la protection antigel normale.

A ces seuils est associé le « Différentiel Seuil » qui évite un affichage « clignotant » de la LED lorsque la température de soufflage oscille autour du seuil. En mettant ce seuil à 2, la LED s’éteindra lorsque la température, descendue à 5 [°C] (seuil bas de l’exercice ci-dessus), remonte à 7 [°C].

La constante de Filtre (en secondes) amortit le signal reçu par ce bloc d’entrée, pour ne pas envoyer sur le bloc régulateur un signal trop fluctuant. En inscrivant par exemple 5 secondes, une chute brutale de la température de soufflage de 2 degrés est amortie par le bloc d’entrée, qui décroît donc progressivement de 2 degrés sur une durée de 5 secondes. Il en résulte un mouvement de la vanne de régulation plus lent, plus stable.

Question

Interprétez la ligne « Filtre sur Alarme (0 = N) ».
Dans le même but de stabilité, il serait maladroit qu’un franchissement court (*) du seuil bas soit immédiatement interprété comme une alarme grave. L’amortissement est donc souhaitable. Pour le valider, il faut mettre 1 et non 0.
On remarquera qu’il n’est pas paramétrable en durée, pour ne pas alourdir le logiciel pour une fonction somme toute secondaire.

(*) La technologie du filtre est en effet telle qu’un franchissement court du seuil est quasi ignoré par l’algorithme.

Enfin  « l’Extraction Racine » sert à la conversion d’une mesure de pression différentielle en vitesse, selon une relation connue des hydrauliciens : « les pertes de charge sont proportionnelles au carré de la vitesse » ; la vitesse varie donc comme la racine carrée de la pression différentielle.

Une exploitation de cette possibilité serait (extension au cahier des charges initial !) la régulation du débit hygiénique par contrôle de la pression différentielle autour d’un diaphragme, comme l’illustre le schéma suivant :

Remarque : mesurer un débit par l’intermédiaire d’une simple mesure de vitesse est délicat, en raison du profil de vitesse dans une gaine d’air, qui n’est absolument pas uniforme.
Le recours à la mesure d’une pression différentielle est plus fiable, car plus stable.
On a compris que l’extracteur de racine permet la transformation de la mesure de pression différentielle en vitesse, puis en débit par multiplication avec la section du conduit.
Le ventilateur équipé d’un variateur de vitesse s’ajuste alors au débit souhaité.