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Comment fonctionne la régulation PID sur les variateurs de vitesse ATV ?

Principe général

Un régulateur PID intégré dans les variateurs de vitesse de type ATV (ATV12, ATV212, ATV32, ATV61, ATV71, ATV600, ATV900, ATV320 et ATV340) permet de pouvoir corriger dans un délai convenable l'écart qui existe entre une consigne process (température, pression, position) et son retour mesure associé en augmentant ou diminuant la sortie process et ce, par l'intermédiaire de 3 paramètres principaux appelés gains (gain Proportionnel, gain Intégral, gain Dérivé), lesquels peuvent accélérer, retarder et stabiliser cette correction.

La fonction régulation peut être matérialisée sous forme d'une boite noire pouvant être représenté par un comparateur à 2 entrées (consigne et retour), le résultat de ce comparateur pilote la sortie process.

Le terme "convenable" signifie que la correction à apporter devra être plus ou moins rapide suivant le type de process. Une régulation de température par exemple ne nécessite pas, dans la plupart des cas, de réaction très rapide, exemple : les constantes de temps des fours industriels pouvant quelquefois être de plusieurs heures.

A l'inverse, le positionnement est un process qui exige des réactions très rapides (ms).

La consigne est la valeur cible de la grandeur physique à obtenir en sortie ( température, pression, déplacement, etc.)

Le retour mesure permet de vérifier l'écart entre l'état du process et la consigne.

L'écart entre la consigne et le retour mesure est alors la consigne vitesse traditionnelle du variateur de fréquence.

Consigne

La consigne est la valeur écrite par l'utilisateur. Elle peut être de 4 types :

consigne interne : elle est écrite dans un paramètre dédié accessible seulement par l'afficheur intégré, à ce titre, elle ne peut être modifiée que par un utilisateur averti.
Ce type de consigne est surtout utilisé en cas de besoin de consigne fixe.
consigne externe par potentiomètre : La consigne est fournie par un potentiomètre externe, elle est donc modifiable à tout instant par l'utilisateur. L'alimentation du potentiomètre ( 0-10V) est fournie par le variateur lui-même.
consigne externe par vitesses présélectionnées : La consigne sera fournie par une commutation d'entrées logiques dont sont tous pourvus les variateurs. Chaque état des entrées pourra être associé à une consigne unique.
L'intérêt est de pouvoir bénéficier de plusieurs consignes figées accessibles très simplement par exemple avec un commutateur mécanique (sauf ATV11 et ATV31).
consigne externe par entrée analogique (0-10V ou 0-20mA ou 4-20mA) : N'importe quel appareil générant un signal analogique peut fournir une consigne au variateur : automates Zelio, Twido, M340,Premium IHM XBTGT, capteur à sortie analogique.

Retour mesure

Le retour mesure est le signal analogique du capteur. Il peut être de 2 types :

Valeur analogique en tension (0-10V)
Valeur analogique en courant (0-20mA ou 4-20mA)

Il est possible sur certains variateurs de régler l'échelle d'entrées pour s'adapter au capteur.
Exemple : Pour mesurer une pression maximum de 7 bars, il faut trouver le capteur le plus proche de cette étendue de mesure ainsi une capteur 0-10 bars / 0-10V , il y aura alors 3 volts inutilisés pour le retour mesure, le retour mesure ne sera jamais pleine échelle et il perdra en résolution, les variateurs ATV61 et ATV71 permettent de calibrer l'entrée analogique tension de 0-10V vers 0-7V.

Régulateur PID

Il cherche à réduire l'écart entre le retour mesure et la consigne en augmentant ou diminuant la sortie process.

Si la valeur du retour mesure est supérieure à la valeur de la consigne, l'écart est positif et la régulateur PID du variateur l'ATV va faire en sorte de ralentir le moteur.

A l'inverse, Si la valeur du retour mesure est inférieure à la valeur de la consigne, l'écart est négatif et la régulateur PID du variateur l'ATV va faire en sorte d'accélérer le moteur

Attention, dans certains cas, il faut inverser le PID écart positif => accélération du moteur (régulation de température par exemple).
Pour effectuer l'inversion sur un ATV212, consulter le lien suivant : Inversion de PID sur ATV21

Le temps de réponse du système est réglables par l'intermédiaire de 3 paramètres de gain.
Attention : les paramètres de gain en réglage usine des variateurs ATV génèrent des temps de réponse compatibles avec la plupart des process de pression et de température mais le réglage est néanmoins possible si instabilités.