Echangeur cascade pid_regulation_a_priori_sur_la_variable_reglante

Stagiaire :
Jean-Pierre MAZEL
Certificat Complémentaire de Spécialité
Instrumentation Régulation n°1.
Formation du : 03-03-2008 au 23-05-2008.
Centre AFPA de PAU.
Formateur : Jacques POLVEREL

e-genieclimatique.com

1)

Echangeur : Régulation Cascade . ........................................................................... 3
1.1

Schémas Tuyauterie Instrumentation. .................................................................. 3

1.2

Principe de la cascade. ........................................................................................ 4

1.3

Mode opératoire. .................................................................................................. 4

1.4

Schémas fonctionnel. ........................................................................................... 5

1.5

Le Rapport d’échelle entre la sortie du LIC et l’entrée du FIC. ............................. 6

1.6

Schémas électrique de l’indentification boucle rapide :FT2 et FIC2. .................... 7

1.7

Identification boucle rapide. .................................................................................. 8

1.7.1
1.7.2
1.7.3

Identification du gain statique du procédé. .................................................... 8
Identification en BO de la boucle rapide. ....................................................... 9
Résultat en BO de la boucle rapide. ............................................................ 10

1.8

Schémas électrique de la cascade. .................................................................... 12

1.9

Le micro DCI ...................................................................................................... 13

1.9.1
1.9.2

Le mode opératoire pour l’identification. ...................................................... 14
Affinage des réglages de la boucle rapide................................................... 15

1.10
1.11

Résultat en BO de la boucle lente. ..................................................................... 17

1.12

Mise en œuvre de la cascade............................................................................. 18

1.13

Contrôle de la régulation cascade. ..................................................................... 19

1.14

Effet de la perturbation sur une régulation mono boucle PID. ............................ 20

1.15
2)

Indentification en BO de la boucle LENTE : TT1 et TIC1. .................................. 16

Conclusion de la cascade. .................................................................................. 21

Lé réglage du Micro DCI. ......................................................................................... 22
2.1
2.2

3)

Comment mettre en œuvre la boucle. ................................................................ 22
Les vues d’écran sous DOS de l’interface Micro DCI. ........................................ 24

Annexes. ................................................................................................................... 28
CS21 Stratégie régulation cascade du micro DCI 5200
Affichage des vues du régulateur.
Schémas électrique de l’indentification boucle rapide.
Schémas électrique de l’indentification boucle lente.

AFPA PAU
Imprimé le : 27/04/2013
Créé le
: 18/04/2008

Instrumentation Régulation n°1
e-genieclimatique/com

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1) Echangeur : Régulation Cascade .
1.1 Schémas Tuyauterie Instrumentation.

CON 0

Ouverture
35%

CON 1

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Créé le
: 18/04/2008


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1.2 Principe de la cascade.
Nous allons réguler une température (TIC1) en sortie d’échangeur avec pour intermédiaire
une boucle rapide qui surveille les perturbations sur le débit (FIC2). l’actionneur est le
variateur de vitesse.
Nous allons monter deux boucles en cascade avec le régulateur Micro DCI5000 de Micromotion.
Le but d’une régulation cascade est de corriger les perturbations de la variable réglante.

1.3 Mode opératoire.
Etapes

1
2

Action à accomplir

Commentaire

Cabler la boucle RAPIDE.
FIC2 et FT2
Cabler la boucle LENTE
TIC1 et TT2

3 Cabler le générateur 4-20mA sur le variateur.
procédés de la boucle rapide
4 Faire l'indentification duavec le générateur 4-20mA
En BO avec le DATAQ

Faire un échelon de 5 à 10% sec

5 Faire l'indentification du procédés de la boucle lente.
6

Faire l'echelon sur FIC 2 avec la consigne en locale.
Avec la DATAQ prendre le variateur de vitesse et la température.
Paramétrer les régulateur avec les valeurs trouvés.
FIC Boucle rapide et TIC boucle lente

Faire un échelon de 5 à 10%

7 Controler la régulation avec le DATAQ

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1.4 Schémas fonctionnel.
Un procédé est direct quand sa sortie varie dans le même sens que son entré.
Le procédé est inverse quand sa sortie varie dans le sens opposé que son entré.
Procédé vu par R1

Régulateur TIC1
LIC2

30°c

FIC2
U1(p)

ε1(p)

C(p)

R1(P)

+
-

+1°

Procédé vu par R2

Régulateur FIC2

500
L/H

U2(p)

ε2(p)
R2(P)

+
-

TT1

FT2

M

H2(P)

H1(P)
M1(P)
29°c

100L/H

M2(P)
400L/H

LA REPONSE DU PROCEDE :
FIC 2 La réponse du PROCEDE est NON INVERSEUR (Lorsqu’on émet un échelon sur le variateur en manuel, le débit augmente,
donc lorsque le débit augmente il faut diminuer la vitesse du variateur la vanne, s’il diminue il faut augmenter la vitesse du variateur). Le
REGULATEUR est en INVERSE : C-M.
Ex :C-M = 500-400= +100 donc ε2=100>0 le signal 4-20mA augmente pour atteindre ε2=0 la fréquence du variateur augmente.
TIC 1 La réponse du PROCEDE est NON INVERSEUR (Lorsque on émet un échelon sur le variateur en manuel, la température
augmente, donc lorsque la température diminue il faut augmenter la vitesse du variateur). Le REGULATEUR est INVERSE : C-M.
Ex : C-M = 30-29 = +1 donc ε1=+1>0 le signal 4-20mA augmente pour atteindre ε1=0 donc la fréquence du variateur augmente.
ε<0 le signal 4-20mA diminue lorsque ε>0 le signal 4-20mA augmente pour atteindre C-M =ε=0.
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1.5 Le Rapport d’échelle entre la sortie du LIC et l’entrée du FIC.
Le TT (ANI0) et le TIC (CON0) est configuré de 0 à 100°C – 4 à 20mA, sa sortie est configuré 0-100% - 4-20mA.
Le FT (ANI2) et le FIC (CON1) est configuré de 0 à 2200 L/H – 4 à 20mA, sa sortie ANO0 est configuré 0-100% - 4-20mA.

Régulateur FIC2

Régulateur LIC2
100%
0%

ε1(p)

C(p)

R1(P)

-

y  22 x

+

2200 l/h
0 l/h

U(p)

R2(P)

+
M1(P)

M2(P)
2200 l/h
y 2200

 22
x
100
y  22 x

y
L’entrée
du FIC

y=ax+b

Donc pour le FIC (CON 1) il faut rentrer les paramètres :
-ratio consigne distance = 22
-décalage consigne distance = 0
Pour le TIC (CON 0) il faut rentrer les paramètres :
-ratio consigne distance = 1
-décalage consigne distance = 0

0

x
La sortie du TIC
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: 18/04/2008

100%

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1.6 Schémas électrique de l’indentification boucle rapide :FT2 et FIC2.
A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

UNITE

1

LIAISONS

BORNIER

Sortie Echangeur
eau froide
+
TT1
0-100°C
Actif

M

N

O

Q

RELAYAGE / AUTRES MATERIELS
DATAQ Canal 1

+
CON 0

-

+

Mode CS21

I1

Boucle lente

-

Micro DCI 53MC5200

4-20mA

4

1

Débit eau chaude

6

-

CON 1

+

+

250

I2

Boucle rapide

+

+

G

250

+
I3

Sortie

-

+24VDC

+

+

4-20 mA

-

1-5V

--

4-20mA
DATAQ Canal 3

8

250ohms

COMMUN
24VDC

80mA max

5

ANI1

4-20mA

COMMUN

7

ANI2

8

+

4-20mA

6

+

4-20mA

Pompe eau chaude
+
Variateur
Passif

7

-

-

COMMUN

9

ANI3

4-20mA

10

ANO0

4-20mA

640ohms
max

4-20mA

640ohms
max

12

-

DIO

-

Primary loop en AI0 : boucle lente
Secondary loop en AI2: boucle rapide

A

ANO1
CCI0

14

INPUT

15

CCI1

+ 16

- 17

OUTPUT
CCO1
TR+

22

30VDC
max
50ma

T+

R-

RS485

Lorsque le DEBIT AUGMENTE la température TT1 MONTE

A AUTORISE le Mode CASCADE

+ 18
19

Le PROCEDE est directe, le régulateur est INVERSEUR

Cascade Enable closed contact DI0

Event indicators

CCO0

20

Lorsque le variteur MONTE le Débit AUGMENTE

Control ouput (secondary) en AO0

4-20mA

13

21

9

max

11

DATAQ GND

FT2
2200l/h
Passif

-

80mA

ANI0

4

250

DATAQ Canal 2

+

5

24VDC

2
3

+


10

11

P

CHASSIS

BOITE DE JONCTION

2

3

L

LOCAL TECHNIQUE
LIAISONS

PROCEDES

K

Procédé Régulation Echangeur Thermique - INDETIFICATION BOUCLE RAPIDE avec Générateur 4-20mA.

AFPA PAU
Instrumentation - Régulation n°1

BOUCLE 4-20 mA - Régulation Cascade du Variateur de vitesse avec débit FT2 et température TT1

AFPA PAU
Créé le

: 18/04/2008


Dessiné le :

23-04-2008

Modifié le :


26-04-2008

Par :

MAZEL JP

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7/31

01
01


1.7 Identification boucle rapide.
1.7.1 Identification du gain statique du procédé.
Entrée ΔU
Géné 4-20mA
Entrée
V

Sortie ΔM
FT2
Sortie
V

GS

l/h

1

1

1,00

0

1,5

1,54

1,03

297

2
2,5
3
3,5
4
4,5
5

2,11
2,588
3,067
3,572
4,078
4,565
4,96

1,06
1,04
1,02
1,02
1,02
1,01
0,99

610,5
873,4
1136,85
1414,6
1692,9
1960,75
2178

Echelon linéaire

FT2 ET Variateur de vitesse : REPONSE LINEAIRE
5
4,5
4

Réponse linéaire

Sortie

3,5
3

Gs

2,5
2
1,5
1
1

2

3

4

5

Entrée

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Créé le

: 18/04/2008


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1.7.2 Identification en BO de la boucle rapide.
GS=0.87
θ=0.75sec

Nous avons un 1er ordre (Broida)
avec retard pur.

ζ= 0.18sec
Echelon de 10.62 %

TR=1.46sec

ΔU
91.33 mm
6.27%

0.63ΔM
49.87mm

θ

TR
27.73mm
1.46sec
ΔM
79.16mm
5.43%
θ=14.13mm=0.75sec
ec

0.18sec
3.39mm
ζ

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: 18/04/2008


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9/31


1.7.3 Résultat en BO de la boucle rapide.

1er ordre + retard pur
FT2 Boucle interne de la cascade Echangeur
Base
nbre
Div
19

mm
90

Δt

Résultat
Seconde/Div en seconde
0,25
4,75
Plage de travail en volt

mm
90

nbre div
19

V / Div
0,013

Resultat en V
0,25

mini
1

ΔU

mm
90

nbre div
19

V / Div
0,013

Resultat en V
0,25

Plage de travail en volt
mini
maxi
Δ
1
5
4

ΔM

mm
90
79,16

105% ΔM

83,12

95% ΔM

75,20

0,63 ΔM

49,87

ΔU

mm
90
91,33

maxi
5

Δ
4

ΔM

GS

Volt
0,247
0,217

Volt
0,247
0,251

en %

5,43

en %

6,27

0,87
AFPA PAU
Créé le

: 18/04/2008


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TR

mm
90
27,73

Sec
4,75
1,46

ζ

mm
90
3,39

Seconde
4,75
0,18

θ

mm
90
14,13

Seconde
4,75
0,75

θ/δ

4,17

PID MIXTE 1

PID MIXTE 2

PID MIXTE Formule cours

Pour étre 2 fois plus rapide

GR

2,31

BP

2

43,34

Ti  

Ti
Td  0.4

Td

Secondes

G

R



G

S

minutes

0,75 0,012
Secondes

minutes

0,07 0,001
AFPA PAU
Créé le

: 18/04/2008

Secondes

Td

minutes

0,30

0,005


Secondes

Td

minutes

0,07

0,001

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11/31


1.8 Schémas électrique de la cascade.
A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

UNITE

1

LIAISONS

BORNIER

Sortie Echangeur
eau froide
+
TT1
0-100°C
Actif

M

N

O

Q

DATAQ Canal 1

+
CON 0

-

+

Mode CS21

I1

Boucle lente

-

Micro DCI 53MC5200

4-20mA

4

1

Débit eau chaude
FT2
2200l/h
Passif

6

-

-

CON 1

+

250

+

+

-

G
+24VDC

250

+
I3

+

+

-

1-5V

4-20mA

250ohms
DATAQ Canal 3

8

COMMUN
24VDC

80mA max

5

ANI1

4-20mA

COMMUN

7

ANI2
COMMUN

9

ANI3

4-20mA

10

ANO0

DIO

-

A

4-20mA

640ohms
max

4-20mA

640ohms
max


ANO1
CCI0

14

INPUT

15

CCI1

+ 16

OUTPUT
CCO1
T+
TR+

22

30VDC
max
50ma

R-

RS485



+ 18
19



Event indicators

CCO0

- 17
20



4-20mA

13

21

9

max

11
12

-

--

4-20mA

8

+

I2

Boucle rapide

Sortie

+

80mA

ANI0

4

-

+

4-20mA

Pompe eau chaude
+
Variateur
Passif

7

-

24VDC

6

DATAQ Canal 2

DATAQ GND

5

250

2
3

+


10

11

P

CHASSIS

BOITE DE JONCTION

2

3

L

LOCAL TECHNIQUE
LIAISONS

PROCEDES

K

Procédé Régulation Echangeur Thermique.

AFPA PAU

Dessiné le :



AFPA PAU
Créé le

: 18/04/2008


23-04-2008

Modifié le :


26-04-2008

Par :

MAZEL JP

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01
01


1.9 Le micro DCI .
Il faut choisir le mode CS21 pour la cascade.
Il faut faire un pont entre DI0 et PC, ce qui permet d’activer l’accès à la configuration cascade.

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Créé le

: 18/04/2008


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13/31


1.9.1 Le mode opératoire pour l’identification.
Procédé vu par R1

Régulateur TIC1
LIC2

FIC2
U1(p)

ε1(p)

C(p)

R1(P)

+

Procédé vu par R2

Régulateur FIC2

U2(p)

ε2(p)
R2(P)

+

TT1

FT2

M

H2(P)

H1(P)

-

-

M2(P)

M1(P)

1-Mettre le TIC en Manuel et en Consigne Local.
(Sur l’affichage du FIC on doit avoir ML).
2-Mettre le FIC en Automatique et en consigne Local.
(Sur l’affichage on doit avoir AL).
3-Amener le FIC à une consigne de 400L/h.
(Ce qui correspond au point de fonctionnement).
4-Faire un échelon sur la consigne du FIC.
5-Enregistrer la réponse du débit ( ce qui permet d’avoir
l’échelon ΔU ) enregistrer la réponse du niveau ( ce qui
permet d’avoir ΔM, Δt, ζ et de faire l’indentification de la
boucle lente.

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: 18/04/2008


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1.9.2 Affinage des réglages de la boucle rapide.
Nous constatons avec ces valeurs un dépassement de plus de 5%.
Le gain est trop fort, l’affinage manuel nous permet de voir qu’avec un gain de 1 il n’y a plus de dépassement. C’est ce que nous
recherchons pour la boucle rapide.
Avec un GR de 3.91

Dépassement
>5%

Avec un GR de 1

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: 18/04/2008


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1.10 Indentification en BO de la boucle LENTE : TT1 et TIC1.

GS=0.70

Oscillation
du
au
passage à une bande
proportionnelle de 26
% de la boucle rapide

θ=17.9sec
ζ= 20.7sec
TR=66.9sec
TR=65.3mm=66.88sec

95% ΔM =
67,56mm

ΔU=
101.55mm
ΔM=71.12mm

0.40 ΔM
0.28 ΔM

t1 t2

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: 18/04/2008


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1.11 Résultat en BO de la boucle lente.
MODELE DE BROïDA
Boucle lente Echangeur Thermique

Valeur
t1

en mm
25,93

en seconde
26,56

t2

29,1

29,80

ΔM
Δu
105%
95%
TR

71,12
101,55
74,68
67,56
65,3

0,40 ΔM

28,45

0,28 ΔM

Base temps
nbre
Résultat
Div
Seconde/Div en seconde
20
4
80

mm
78,11

19,91

0
0

Valeur a mesuré
Résultat

66,88

GS 

Gain Statique
Gs
0,70

M
U

Constante de temps
θ
17,86
secondes

  5.5(t2  t1 )

Retard pur
δ
20,71

  2.8t1  1.8t 2

θ/δ

secondes

0,86

θ / ζ est < 1
La régulation PID n’est pas adaptée.

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PROCEDE LINEAIRE
STABLE
PID SERIE
GS
0,7
δ
20,71
θ
17,86
GR
Ti
Td

GR  0.555
Ti  

0,68
17,86
8,28

PID MIXTE
formule cours
GR
0,68
Ti
26,14
Td
5,66
MICRO DCI
BP
146,25
Ti
0,44
Td
0,09

 1
 GS

Td  0.4

sec
sec

min
min


GR  GR SERIE
Ti  Ti serie  Td série
Td 

Ti série . Td série
Ti série .  Td série
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17/31


1.12 Mise en œuvre de la cascade.

1-Mettre le TIC en Manuel et en Consigne Local.
(Sur l’affichage du LIC on doit avoir ML).
2-Mettre le FIC en Automatique et en consigne Remote.
(Sur l’affichage du FIC on doit avoir AR).
3-Amener le TIC en Manuel à la consigne de
fonctionnement de 30°C progressivement.
4-Contrôler la valeur de consigne qui est rentré dans le
TIC et qu’elle correspond bien au 30°C.
5-Passer le TIC en Automatique.
(Sur l’affichage du TIC on doit avoir AL).
Le passage du TIC de Manuel à Automatique se fait
sans à coup sur l’actionneur.

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1.13 Contrôle de la régulation cascade.

La température ne bouge presque pas l’écart de consigne est de +/- 1°C

Ouverture vanne
(sur valeur réglante)

Variateur de vitesse qui corrige le débit

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Créé le

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Nous créons une perturbation sur le débit,
avec la vanne By-Pass de la pompe eau
chaude contrôlé par le variateur ce qui
entraine l’augmentation de la vitesse du
variateur.

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2008
19/31


1.14 Effet de la perturbation sur une régulation mono boucle PID.

La température s’éloigne de beaucoup de la température de consigne.
L’écart de consigne est de - 5°C dans ce cas la

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1.15 Conclusion de la cascade.
La cascade corrige bien les variations de débit dans la limite d’une certaine plage.
L’identification avec le modèle de BROIDA ne permet pas d’avoir des résultats exactes, le dépassement est toujours supérieurs à
5% du régime établis, ce qui nous oblige à affiner les réglages en manuel.

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2) Lé réglage du Micro DCI.
2.1 Comment mettre en œuvre la boucle.
1°/ Réglage du régulateur MICRODCI


Paramétrer sous DOS le régulateur :




Choix => accès par adresse => 0
System=> Index de fonction => 98( remise à 0)
 Bi boucle cascade
 Index tps de cycle => 4
 Compteur défaut prog => 0
 Index tps de cycle affiché => 2
 Affichage courant => 2
 Compteur défaut affichage => 0





ANI0 => Entrée capteur de température TT
ANI2 => Entrée du capteur de débit FT
ANO0 => Sortie du régulateur (Commande d’ouverture et fermeture de la vanne)



CON 0 => Configuration boucle externe



CON1 => Configuration boucle interne
Ne pas oublier la différence d’échelle et donc rajouter un K=22 car l’entrée est en 0-2200 et la sortie 0-100



DATABASE => Changement grille :

AFPA PAU
Créé le

: 18/04/2008


Jean-Pierre MAZEL
2008
22/31

Paramétrage affichage Micro DCI
B17 =
B18 =
B21
B22
B23
B24
B25
B26
B27

=
1
=
3
=
9
= 13
= 21
= 23
=
2

AFPA PAU
Créé le

2
7

: 18/04/2008

nbre colonne
nbre ligne
SOMMAIRE
Bargraph CON-0
Trend CON-0
Par-0
SDT-0
TOT-0
ETAT SYSTÈME

B28
B29
B30
B31
B32
B33
B34

=
=
=
=
=
=
=

31
4
10
14
22
7

GRILLE
Bargraph CON-1
Trend CON-1
Par-1
SDT-1
Bargraph CON-0 et CON-1


Jean-Pierre MAZEL
2008
23/31


2.2 Les vues d’écran sous DOS de l’interface Micro DCI.

MENU
ANO 0

AFPA PAU
Créé le

: 18/04/2008


Jean-Pierre MAZEL
2008
24/31


ANI 0

ANI 2

2200

AFPA PAU
Créé le

: 18/04/2008


Jean-Pierre MAZEL
2008
25/31


CON 0 Page1/2

CON 0 Page2/2

AFPA PAU
Créé le

: 18/04/2008


Jean-Pierre MAZEL
2008
26/31


CON 1 Page1/2

CON 1 Page2/2

22

AFPA PAU
Créé le

: 18/04/2008


Jean-Pierre MAZEL
2008
27/31


3) Annexes.

28/31

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

UNITE

1

LIAISONS

BORNIER

Sortie Echangeur
eau froide
+
TT1
0-100°C
Actif

-

M

N

O

Q

DATAQ Canal 1

+
CON 0

+

Mode CS21

I1

Boucle lente

-

Micro DCI 53MC5200

4-20mA

4

1

Débit eau chaude

6

-

+

CON 1

+

250

I2

Boucle rapide

+

+

G

250

+

Sortie

-

+24VDC

I3

+

+

4-20 mA

-

1-5V

--

4-20mA
DATAQ Canal 3

8

250ohms

9

ANI0
COMMUN
24VDC

80mA max

5

ANI1

4-20mA

COMMUN

7

ANI2

8

+

2

4-20mA

6

+

4-20mA

Pompe eau chaude
+
Variateur
Passif

7

-

-

COMMUN

9

ANI3

4-20mA

10

ANO0

4-20mA

640ohms
max

4-20mA

640ohms
max

12

-

DIO

-


A

ANO1
CCI0

14

INPUT

15



CCI1

+ 16

CCO0

- 17

OUTPUT

+ 18

CCO1

19

T+

20

TR+

22

30VDC
max
50ma

R-

RS485



Event indicators



4-20mA

13

21


max

11

DATAQ GND

FT2
2200l/h
Passif

-

80mA

4

250

DATAQ Canal 2

+

5

24VDC

3

+


10

11

P

CHASSIS

BOITE DE JONCTION

2

3

L

LOCAL TECHNIQUE
LIAISONS

PROCEDES

K

AFPA PAU

Procédé Régulation Echangeur Thermique - INDETIFICATION BOUCLE RAPIDE avec Générateur 4-20mA.


30/31

Dessiné le :

23-04-2008

Modifié le :


26-04-2008

Par :

MAZEL JP

01
01

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

UNITE

1

LIAISONS

BORNIER

Sortie Echangeur
eau froide
+
TT1
0-100°C
Actif

-

M

N

O

Q

DATAQ Canal 1

+
CON 0

+

Mode CS21

I1

Boucle lente

-

Micro DCI 53MC5200

4-20mA

4

1

Débit eau chaude
FT2
2200l/h
Passif

6

-

+

CON 1

250

+

+

-

G
+24VDC

250

+

+

+

-

1-5V

I3

4-20mA

250ohms
DATAQ Canal 3

8

9

4-20mA

COMMUN
24VDC

80mA max

5

ANI1

4-20mA

COMMUN

7

ANI2
COMMUN

9

ANI3

4-20mA

10

ANO0

DIO

-

A

4-20mA

640ohms
max

4-20mA

640ohms
max


ANO1
CCI0

14

INPUT

15



CCI1

+ 16

CCO0

- 17

OUTPUT

+ 18

CCO1

19

T+

20

TR+

22

30VDC
max
50ma

R-

RS485



Event indicators



4-20mA

13

21


max

11
12

-

--

ANI0

8

+

I2

Boucle rapide

Sortie

+

2

6

-

+

4-20mA

Pompe eau chaude
+
Variateur
Passif

7

-

-

80mA

4

250

DATAQ Canal 2

DATAQ GND

5

24VDC

3

+


10

11

P

CHASSIS

BOITE DE JONCTION

2

3

L

LOCAL TECHNIQUE
LIAISONS

PROCEDES

K

AFPA PAU

Procédé Régulation Echangeur Thermique.

Dessiné le :


31/31

23-04-2008

Modifié le :


26-04-2008

Par :

MAZEL JP

01
01

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