Contrôleurs d’électrovannes Burkert 8611 - Leur fonctionnement

Le contrôleur de processus Burkert 8611 a été conçu pour abstraire la théorie du contrôle en un système de contrôle polyvalent, facile à configurer et fiable. Avec un ensemble varié d'entrées et de sorties, le 8611 peut contrôler des électrovannes proportionnelles et d'autres types de vannes de process ou de dispositifs d'actionnement. Les applications de contrôle courantes qui peuvent être résolues avec le 8611 comprennent le débit, la pression, la température, la conductivité, le pH et le niveau de remplissage. Le 8611 utilise un système de contrôle en boucle fermée avec des boucles de contrôle PI ou P pour réduire l'erreur du système et contrôler avec précision un processus. Le 8611 prenant en charge toute la logique de contrôle, il peut libérer des ressources PLC dans votre système.

En outre, il existe de nombreux types de montage permettant de prendre en charge les différents types de vannes. La figure 1 montre le Burkert 8611. Pour réduire encore le temps d'installation et la complexité de la programmation, toutes les vannes proportionnelles et tous les capteurs Burkert sont compatibles avec le contrôleur 8611 et leurs valeurs sont mémorisées. Lors de l'utilisation d'une électrovanne proportionnelle d'une autre marque, les paramètres de fonctionnement doivent être entrés correctement pour obtenir des performances optimales. Nous vous conseillons de lire notre article technique sur les contrôleurs proportionnels d'électrovannes pour mieux comprendre comment la modulation de largeur d'impulsion (PWM) et la théorie du contrôle PI (proportionnel et intégral) fonctionnent dans le contrôleur Burkert 8611.

Table des matières

• Contrôle en boucle fermée
• Fonctionnement du contrôleur Burkert 8611
• Que peut-il contrôler ?
• Fonctions de contrôle
• Options de montage
• Caractéristiques du logiciel
• Accessoires
• Agréments et normes
• Critères de sélection des contrôleurs
• 8611 tableau de sélection
• Intégration avec des produits non-Burkert

Contrôle en boucle fermée

Contrairement au contrôleur 8605, le contrôleur 8611 utilise une boucle de contrôle PI (proportionnelle et intégrale) pour ajuster une variable de contrôle (c'est-à-dire la fréquence de commutation PWM) en fonction du retour d'information mesuré fourni par la variable de processus contrôlée (c'est-à-dire la pression). La boucle de contrôle PI utilise des paramètres connus sous le nom de termes proportionnels et intégraux pour ajuster dynamiquement la variable de contrôle afin de réduire l'erreur. On considère qu'il s'agit d'un système en boucle fermée et les avantages d'un système de contrôle en boucle fermée, tel qu'une boucle PI, sont les suivants :

• Hystérésis réduite par rapport au point de consigne
• Correction automatisée des erreurs de processus
• Stabilité accrue du processus

Fonctionnement du contrôleur Burkert 8611

Le contrôleur 8611 est conçu pour contrôler une variété de vannes ou d'autres actionneurs de commutation dans un système en boucle fermée utilisant le contrôle PI. Selon le processus à contrôler, différentes entrées, sorties et fonctions de contrôle du contrôleur seront utilisées. Les entrées seront utilisées pour mesurer les variables du processus à partir de capteurs (débit, pression, température, niveau de remplissage, etc.) et pour la connexion du signal de point de consigne. Les sorties seront utilisées pour commander des vannes, telles que des électrovannes proportionnelles, ou d'autres dispositifs d'actionnement. Il est important de noter que la fonction de contrôle du système change en fonction de la variable de processus à contrôler. La figure 2 montre le schéma fonctionnel du Burkert 8611. Le fonctionnement du 8611 dépend de trois paramètres critiques :

• Variable de contrôle : Cette sélection définit la variable réelle qui sera contrôlée. Les sélections possibles sont le débit, la pression, la température, le niveau de remplissage ou le contrôle du rapport.
• Élément d'actionnement (variable manipulée) : Les sélections sont basées sur l'actionneur à contrôler. Il est possible de contrôler des vannes proportionnelles, des vannes de processus ou d'autres actionneurs (par exemple, une vanne motorisée). Les dispositifs contrôlés par PWM nécessitent la saisie des propriétés de l'actionneur. Ceci est essentiel pour le contrôle du système. Toutes les vannes et tous les capteurs Burkert sont mémorisés par le contrôleur 8611. Par exemple, en entrant le type de vanne proportionnelle Burkert, on obtient automatiquement sa fréquence de fonctionnement et ses limites de fréquence. La saisie manuelle des propriétés de l'actionneur est également possible pour les actionneurs d'autres marques.
• Entrée de la valeur du processus (valeur réelle du processus de retour) : Cette sélection définit la variable utilisée comme retour d'information au contrôleur. Les sélections sont limitées à la variable de contrôle et à l'élément d'actionnement sélectionnés. Les sélections possibles sont la fréquence, le capteur PT100 ou le signal standard de tension/courant.

Que peut-il contrôler ?

Le contrôleur Burkert 8611 peut contrôler une large gamme de produits pour les applications de contrôle des fluides. En fonction du signal de sortie, il peut contrôler des vannes de processus normalement ouvertes (NO) ou normalement fermées (NC), des électrovannes proportionnelles ou des actionneurs linéaires, pour ne citer que quelques exemples. Il est essentiel de comprendre les besoins de votre système du point de vue de l'entrée (capteur) et de la sortie (dispositif d'actionnement) du contrôleur avant de sélectionner le modèle de contrôleur nécessaire. La figure 3 montre l'architecture matérielle du Type 8611. Veuillez consulter notre tableau de sélection pour connaître les entrées et sorties disponibles sur les différentes versions. L'alimentation pour toutes les versions est de 24 V et peut être connectée par un connecteur M12 à 8 broches ou par une entrée de terminal pour la version à montage en armoire. Les connexions des câbles d'entrée et de sortie varient en fonction de la version. Les câbles peuvent être achetés séparément. De plus, le brochage de tous les connecteurs est spécifié dans le manuel d'utilisation du 8611. Les sorties possibles et les dispositifs d'actionnement compatibles avec chaque sortie sont les suivants :

• Sortie analogique, sortie de la valeur du processus : Délivre une tension de 0 à 10 V ou un signal de courant de 4 à 20 mA qui peut être utilisé par des dispositifs tels qu'un capteur de débit ou un actionneur linéaire.
• Sortie transistor : Délivre un signal PWM pour contrôler les électrovannes proportionnelles. Le signal de sortie PTM est également possible avec différentes versions de montage. La tension de commutation est de 24V avec un courant maximum possible de 1,5 A. La gamme de fréquence de contrôle est comprise entre 1,2kHz et 20 Hz.
• Sortie binaire : Sortie transistor configurable entre 0 et 24 V DC avec un courant maximum de 1,5 A pour la commande de vannes de processus NO/NC.
• Alimentation électrique des capteurs : 24 / 5 V DC disponible comme alimentation pour les capteurs.

Les entrées possibles pour le contrôle du point de consigne ou les capteurs externes sont les suivantes :

• Entrée du point de consigne externe : Un signal standard de tension (0 - 10 V) ou de courant (4 - 20 mA) peut être appliqué pour le contrôle du point de consigne ou du rapport. L'entrée du point de consigne provient souvent d'une commande logique programmable (PLC) afin d'automatiser le contrôle.
• Entrée du capteur : L'entrée de la valeur mesurée du processus utilisée pour la correction d'erreur provient des entrées des capteurs. Des entrées standard de tension (0 - 10 V) ou de courant (4 - 20 mA), de signal de fréquence et de capteur de température Pt 100 sont disponibles. La version pour montage sur raccord d'écoulement peut être commandée avec un capteur à effet Hall intégré. Le capteur à effet Hall interne ne peut être utilisé qu'avec le raccord de débit Burkert Type S030.
• Entrée binaire : Utilisée pour activer ou désactiver diverses fonctions du contrôleur, l'entrée provient généralement d'un interrupteur de sécurité ou d'un retour d'information d'un contrôleur logique. La tension d'activation logique est comprise entre 3 et 30 V. Une entrée inférieure à 3 V est considérée comme logiquement désactivée.

Pour une intégration plus poussée dans un système de contrôle, des interfaces RS485 et IO-link sont disponibles sur demande. Les interfaces RS485 et IO-link permettent de lire et d'écrire les paramètres du 8611 sans l'intervention d'un opérateur. Ces interfaces de communication ne sont disponibles qu'avec le modèle à montage sur panneau.

Fonctions de contrôle

La fonction de contrôle est déterminée par l'élément d'actionnement sélectionné et configure la manière dont le contrôleur va réguler le processus. Chaque fonction de contrôle comprend des paramètres spécifiques à l'actionneur contrôlé.  La configuration de chaque fonction de contrôle est déterminée par la sélection de la variable de contrôle. En outre, la programmation des entrées du capteur et du signal de point de consigne sera sélectionnée en fonction de chaque fonction de contrôle. La configuration de chaque fonction du contrôleur est guidée en fonction de la variable de contrôle afin de limiter les choix de configuration possibles. 

Les paramètres PI de chaque fonction doivent être ajustés pour améliorer le contrôle du système. Des exemples de réglage et de calcul des paramètres PI figurent dans le manuel d'utilisation du 8611. En outre, il existe un mode de test pour faciliter la mise au point.

• Régulation continue par vanne proportionnelle: Cette fonction est utilisée pour contrôler les vannes proportionnelles avec une entrée de point de consigne, une entrée de capteur et un signal de sortie PWM. La fréquence PWM doit être réglée en fonction du type de vanne sélectionné pour un fonctionnement correct. La fréquence PWM de toutes les vannes Burkert est mémorisée par les contrôleurs 8611. Le type spécifique peut être saisi lors de la configuration pour charger automatiquement tous les paramètres de fonctionnement.
• Contrôle quasi-continu des vannes de process : Cette fonction permet de contrôler une vanne de processus sans retour de position. Cette fonction est couramment utilisée dans les applications où le retour d'information n'est pas possible en raison de conditions de fonctionnement difficiles telles que des températures élevées, une forte humidité ou des contraintes d'espace. Une vanne de processus est commandée par une sortie PTM (modulation de temps d'impulsion) et un retour d'information sur le processus.
• Vanne de régulation à contrôle continu : Cette fonction permet de contrôler une vanne en utilisant la sortie analogique (4-20 mA ou 0-10 V) pour le contrôle. Cette fonction est couramment utilisée avec les vannes motorisées ou les positionneurs pour le contrôle du débit. Une vanne de régulation peut être actionnée à l'aide d'un signal standard 0-20 mA ou 0-10 V et d'un retour d'information sur le processus.
• Contrôle quasi-continu de la vanne d'ouverture/fermeture (2 états, 3 états) : Cette fonction est utilisée pour contrôler les vannes ouvertes/fermées en utilisant les sorties transistor du contrôleur. Contrairement à un schéma de contrôle purement ON/OFF, le temps d'ouverture et de fermeture des vannes varie proportionnellement à l'écart entre le point de consigne et la valeur réelle. La commande à 2 états est utilisée pour contrôler une seule vanne de contrôle et la commande à 3 états est utilisée pour contrôler deux vannes de contrôle séparées. La commande à 3 états utilisera 2 sorties transistor. Cette fonction peut fonctionner avec des vannes normalement ouvertes (NO) ou normalement fermées (NC).
• Contrôle des ratios: Cette fonction est utilisée pour contrôler le débit par rapport à un débit non contrôlé. La relation entre le débit non contrôlé et le débit contrôlé est définie par un facteur de rapport. Le débit contrôlé est adapté au débit non contrôlé de manière à ce qu'il corresponde à un rapport spécifique. Cette fonction est couramment utilisée dans les applications de mélange de fluides. Le raccord de débit Burkert Type S030 utilisé sur le support de raccord 8611 peut être utilisé pour mesurer le débit.

Options de montage

Le Type 8611 offre cinq types de montage. Les cinq styles sont les suivants : raccord, mur, rail, vanne proportionnelle et panneau. Les configurations de montage mural et sur rail seront examinées ensemble, la principale différence étant la présence d'une plaque d'adaptation pour le montage. Les connexions d'entrée et de sortie peuvent varier en fonction du style de montage. Par conséquent, les entrées/sorties requises pour une application sont généralement connues et décidées en premier lieu, avant de choisir le type de montage disponible qui les comporte.

Montage de l'armature

Le contrôleur est monté sur le raccord du capteur de débit en ligne Burkert S030, généralement sur un système de canalisation, comme le montre la figure 4. Le S030 mesure le débit à l'aide d'une roue à aubes intégrée. Lorsque le fluide s'écoule dans le tuyau, la roue à aubes tourne et produit des impulsions dont la fréquence est proportionnelle au débit. Le débit est mesuré par un capteur à effet Hall intégré. Le 8611 utilise la fréquence comme rétroaction pour le contrôle de la sortie. L'alimentation, le point de consigne et les entrées binaires, ainsi que le signal continu et les sorties binaires peuvent être câblés à l'aide d'un connecteur M12 à 8 broches. Enfin, les sorties signal continu et transistor peuvent être câblées avec un connecteur M8 à 4 broches. Cinq modèles sont disponibles en fonction de l'entrée de capteur requise.

Raccord de vanne proportionnelle

Le 8611 peut être directement connecté à une vanne proportionnelle avec un connecteur DIN 175301 - 803 Forme A (brièvement DIN-A), comme le montre la figure 5. Ce modèle comprend une prise femelle à l'arrière du contrôleur de processus. En utilisant le point de montage DIN-A, la sortie du transistor pour contrôler la vanne est déjà connectée. Aucun fil ou connexion supplémentaire n'est nécessaire. Les entrées des capteurs sont câblées avec un connecteur M8 à 3 broches. L'alimentation, le point de consigne et les entrées binaires ainsi que le signal continu et les sorties binaires peuvent être câblés à l'aide d'un connecteur M12 à 8 broches. Trois modèles sont disponibles en fonction de l'entrée de capteur requise (chaque type ne peut accepter qu'un seul type de capteur).

Assemblage des murs et des rails

Les modèles à montage mural et sur rail sont dotés d'adaptateurs permettant de les monter directement sur un rail DIN ou de les fixer au mur, comme le montre la figure 6. Chaque modèle dispose d'adaptateurs distincts qui sont fournis avec le contrôleur 8611. L'alimentation électrique et les entrées des capteurs sont disponibles via une prise M8 à 3 broches située sur la partie inférieure du contrôleur. L'alimentation, le point de consigne et les entrées binaires ainsi que le signal continu et les sorties binaires peuvent être câblés à l'aide d'un connecteur M12 à 8 broches. Le signal continu et les sorties transistor sont reliés à un connecteur M8 à 4 broches. Il existe 4 modèles pour l'assemblage mural et 3 modèles pour l'assemblage sur rail, en fonction de l'entrée de capteur requise.

Montage sur panneau

Le montage sur panneau utilise des éléments de fixation pour se monter directement sur une découpe du panneau de commande, comme le montre la figure 7. Des éléments de fixation sont inclus dans le 8611. Toutes les entrées possibles des capteurs sont disponibles. Les entrées et les sorties sont accessibles à partir des borniers situés à l'arrière du contrôleur. Les borniers sont constitués de bornes à ressort pour le câblage. Il n'y a qu'un seul modèle disponible pour le montage sur panneau, voir notre tableau de sélection pour une présentation claire des entrées et sorties disponibles.

Caractéristiques du logiciel

Les fonctions logicielles disponibles dans le 8611 permettent d'affiner les performances du contrôleur et d'améliorer l'expérience de l'utilisateur en réduisant le temps de configuration et de dépannage. Les principales caractéristiques du logiciel sont présentées ci-dessous.

Paramètres de contrôle réglables

Les paramètres du régulateur peuvent être utilisés pour affiner le fonctionnement de chaque fonction de régulation au-delà de la configuration standard des paramètres proportionnels de réglage. La performance dynamique du contrôleur peut être encore améliorée en utilisant des paramètres de contrôle spéciaux. Les paramètres les plus importants sont énumérés ci-dessous. Tous les paramètres de contrôle, tels que les paramètres de réglage proportionnel et intégral, peuvent être référencés dans le manuel d'utilisation du 8611.

• Zone morte : Cette zone morte fait que le régulateur ne réagit qu'aux points de consigne situés dans une plage donnée. Il est utilisé pour éliminer les effets du bruit sur un signal de commande.
• Fermeture au point zéro : Le point d'arrêt zéro est utilisé pour s'assurer que la vanne est fermée hermétiquement. Si la tension de commande n'atteint pas le zéro absolu (c'est-à-dire 0 V), il se peut que la vanne soit restée ouverte. Si ce paramètre est activé, l'alimentation de la vanne sera automatiquement coupée lorsque le point de consigne de 2 % de la plage totale sera atteint. Par exemple, pour un signal de 0 à 10 V, l'alimentation de la vanne sera coupée à 0,2 V.
• Position de départ du contrôle : La position de départ du contrôle n'est utilisée que pour les modes de contrôle continu. Ce paramètre est utilisé pour augmenter le temps de réponse de la vanne en démarrant immédiatement la commande au "point de fonctionnement de la vanne".

Mode de test de l'accord de contrôle

Cela peut être utilisé pour déterminer comment un processus répond à une configuration de programmation sur une plage de contrôle opérationnelle définie. Par exemple, si la pression est la variable du processus à contrôler, elle peut être surveillée sur une plage de points de consigne spécifiée (c'est-à-dire 0 - 10 V). Cette fonction permet un réglage fin de la boucle PI.

Étalonnage de l'entrée et de la sortie du capteur

Le mode d'étalonnage permet de recalibrer les entrées et sorties analogiques à des fins d'entretien ou de dépannage. Le mode d'étalonnage permet de modifier les valeurs d'entrée réelles. Les valeurs affichées ne doivent être comparées qu'à des appareils étalonnés.

Mise à l'échelle et filtrage du signal

L'entrée de la consigne, l'entrée du capteur et la sortie analogique peuvent être mises à l'échelle selon un facteur avant que le contrôleur ne traite ou n'émette le signal. Cette fonction est utilisée pour faire correspondre la signalisation entre deux appareils distincts à des fins de compatibilité. Cela permet au contrôleur de traiter correctement le signal d'entrée ou de sortie dans toute sa plage de fonctionnement. Par exemple, la plage de fonctionnement d'un capteur de 0 à 8 V peut être définie de telle sorte que le contrôleur traite 8 V comme 100 % du signal d'entrée. Le filtrage peut être utilisé pour lisser un signal analogique d'entrée ou de sortie. Le filtrage permet d'éliminer les effets d'un signal bruyant.

Sélection de l'unité

Les unités de mesure et le nombre de décimales des variables affichées peuvent être modifiés en fonction des préférences de l'utilisateur.

Protection par mot de passe

L'accès aux paramètres de configuration peut être protégé par un code. Il empêche tout accès non autorisé au code des paramètres du contrôleur. Par défaut, la protection par mot de passe n'est pas activée.

Accessoires

Accessoires de raccordement électrique

Des câbles avec des connecteurs M12 et M8 sont disponibles pour faciliter la connexion à l'alimentation, aux entrées et aux sorties.

Accessoires de montage

Des adaptateurs de rechange pour le montage mural et le montage sur rail sont disponibles pour les contrôleurs 8611 à montage mural et à montage sur rail. Des supports de montage de rechange pour les contrôleurs 8611 montés en armoire sont également disponibles.

Agréments et normes

Ce contrôleur est disponible avec les homologations et normes ci-dessous :

• CE : Conforme à la directive CEM EN61326
• IP65

Critères de sélection des contrôleurs

Le choix du contrôleur approprié pour votre application dépend fortement du processus que vous essayez de contrôler. Les considérations suivantes doivent être prises en compte lors de la sélection d'un contrôleur :

1. Type de contrôle
   1. Déterminez si votre application nécessite un contrôleur en boucle ouverte ou en boucle fermée. Quelle est la stabilité du système contrôlé par votre vanne ? Comment l'erreur affectera-t-elle le processus ? Un régulateur à boucle ouverte tel que le Burkert 8605 convient aux systèmes stables qui fonctionnent constamment autour d'un point de consigne. Un contrôleur en boucle fermée tel que le Burkert 8611 convient aux applications qui nécessitent des changements automatiques. Ces applications ont tendance à être instables et nécessitent une régulation des erreurs.
2. Entrées de contrôle
   1. Le signal du point de consigne doit être compatible avec le contrôleur.
   2. Les systèmes en boucle fermée utilisant le Burkert 8611 nécessitent l'entrée d'un capteur pour mesurer l'erreur du système. Il convient d'utiliser un capteur qui répond aux exigences du contrôleur en matière de signal.
3. Sorties de contrôle
   1. S'assurer que le contrôleur dispose des sorties appropriées pour contrôler la vanne de raccordement. Le Burkert 8605 ne peut commander que des vannes proportionnelles. Le Burkert 8611 est un contrôleur universel qui peut commander des vannes proportionnelles, des vannes de processus, etc. Le signal de commande doit également être compatible avec l'entrée de la vanne.
4. Style de montage
   1. Il existe différentes options de montage pour chaque type de contrôleur. Assurez-vous que le contrôleur peut être monté correctement et que les entrées et les sorties sont suffisantes pour les capteurs et les vannes utilisés dans votre système.

8611 tableau de sélection

Intégration avec des produits non-Burkert

Les contrôleurs 8611 sont conçus et testés avec des produits Burkert. Ils peuvent être utilisés avec des composants d'autres marques, mais les paramètres doivent être entrés et réglés manuellement. Pour garantir des performances correctes, les appareils et composants de tiers doivent être autorisés par Burkert avant d'être utilisés.