Coagulation Controller – CoagSense

De nombreuses usines de traitement de l’eau utilisent encore un contrôle manuel pour le dosage des coagulants (généralement de l’alun ou du fer). Tant que la qualité de l’eau brute reste stable, il s’agit d’une méthode efficace pour obtenir une dose de coagulant, mais lorsque l’eau brute change, le contrôle manuel de la dose de coagulant s’interrompt, en particulier lorsque les usines sont sans personnel pendant la nuit ou le week-end.

Lorsque l’eau brute est susceptible d’être de bonne qualité à l’avenir (par exemple, une prévision météorologique prédit un événement pluvieux), les opérateurs augmentent souvent la dose de coagulant en prévision d’un événement pluvieux. Cela peut entraîner une mauvaise coagulation avant, pendant et après l’événement de pluie (le cas échéant) et peut également introduire des problèmes à plus long terme tels que le colmatage du filtre, des temps de fonctionnement de filtre plus courts et une augmentation des résidus d’aluminium (dans le cas de l’alun).

Pour de nombreuses usines, il est possible d’automatiser le contrôle du coagulant de telle sorte qu’un moniteur de courant d’écoulement puisse effectivement augmenter et diminuer automatiquement la dose de coagulant en réponse à une modification de la qualité de l’eau. Ceci est particulièrement courant dans les zones d’eau brute à faible alcalinité.

En règle générale, les usines fonctionnant sur commande manuelle feront un surdosage. Le CoagSense vous permettra de contrôler le dosage au niveau correct. Plus l’usine fait un surdosage (généralement environ 30%) et plus l’usine est grande, plus vous économiserez d’argent. En règle générale, les usines à plus de 1,8 m l/jour récupèreront l’investissement d’un CoagSense dans les 12 mois.

Oui. CoagSense convient à n’importe quelle source d’eau, bien que le retour sur investissement soit meilleur sur les sources d’eau avec une turbidité et des matières organiques élevées et variables – les rivières torrentielles par exemple. CoagSense contrôle toutes les variables qui affectent votre coagulant, y compris le pH.

Il n’y a que deux façons de mesurer directement la quantité de coagulant nécessaire dans un processus de traitement de l’eau. Le courant d’écoulement est le moyen le plus largement utilisé et internationalement accepté pour le faire. Le courant d’écoulement peut être utilisé seul pour contrôler la coagulation, mais il est généralement plus efficace s’il est utilisé dans le cadre d’un système de contrôle plus vaste tel que CoagSense.

L’autre méthode utilise le potentiel zêta. Le potentiel Zeta est plus généralement utilisé hors ligne.

Généralement, les pompes sont contrôlées à l’aide d’une sortie 4-20 mA pilotée par PID ou d’une liaison Modbus, ou d’un contrôle par impulsion (soit à fréquence variable, soit à largeur variable).

Oui, un de nos clients a filmé un témoignage pour nous. Cliquez ici pour regarder la vidéo. Si vous souhaitez parler à un client qui possède un CoagSense, veuillez contacter Process Instruments.

Beaucoup! Le CoagSense est entièrement protégé avec l’intelligence que vous attendez d’un contrôleur de pointe, par ex. sécurité intégrée en cas d’alarme de variable de processus, en cas de défaillance de la pompe, en cas de dépassement des spécifications de l’algorithme de contrôle, etc.

Si la coagulation n’est pas bien contrôlée, le surdosage provoque:

• augmentation des coûts des produits chimiques
• haute teneur en aluminium
• augmentation de la valeur des boues et des coûts d’élimination
• obstruction prématurée du filtre

Et le sous-dosage provoque:

• échec de la coagulation

Les pompes sont presque omniprésentes dans les procédés de traitement d’eau ; que la pompe soit le moteur principal du débit d’eau, qu’elle dose des produits chimiques ou qu’elle déplace l’eau le long d’une ligne d’échantillonnage, il y a (presque) toujours une pompe quelque part dans le processus. Il existe souvent plusieurs pompes de tailles et de spécifications différentes, ce qui rend la gestion de chacune d’entre elles un défi pour tout opérateur.

Saviez-vous que…
…les principaux analyseurs d’aujourd’hui intègrent la majorité des algorithmes de contrôle dont un procédé de traitement d’eau devrait avoir besoin?
…les contrôleurs de la qualité de l’eau peuvent souvent accepter les signaux d’erreur des pompes pour aider à garder vos systèmes d’eau sûrs et efficaces?
…les analyseurs CRONOS^® et CRIUS^®4.0 de Pi sont les seuls analyseurs qui peuvent être reliés à l’aide des communications SMART et DIGITAL à une pompe Grundfos DDA?

Les analyseurs et les contrôleurs interagissent souvent avec les pompes pour un certain nombre de raisons différentes:

• Contrôle du dosage de produits chimiques – contrôle d’une pompe pour doser un produit chimique dans un système sur la base d’une ou plusieurs mesures (par exemple, le chlore résiduel et le débit, veuillez consulter la note technique PID pour plus d’informations).
• Contrôle de recirculation – contrôle d’une pompe pour gérer la recirculation d’un système (le plus couramment utilisé dans les piscines, veuillez consulter la note technique VSD pour plus d’informations).
• Protocoles de sécurité intégrée – les systèmes d’eau complexes peuvent mal fonctionner pour un certain nombre de raisons, et les analyseurs peuvent jouer un rôle pour rendre ces systèmes plus sûrs. De nombreuses pompes émettent des signaux d’alarme numériques lorsqu’elles détectent un défaut, alertant les systèmes de dosage que quelque chose nécessite une attention et d’arrêter le dosage du produit chimique. Le dosage dans un système d’eau qui n’est pas en recirculation peut entraîner un surdosage dangereux et gaspiller des produits chimiques entraînant une augmentation des coûts.
• Rotation de service, ou n+1¹ sauvegardes – dans les systèmes plus grands, les pompes peuvent être tournées afin d’augmenter la longévité de la pompe ou disposer d’un système de sauvegarde sur lequel s’appuyer en cas de panne de la pompe. Disposer d’un système de secours, ou système n+1, peut souvent réduire considérablement les temps d’arrêt et est donc très utile dans les lignes de production où les temps d’arrêt peuvent entraîner des augmentations importantes des coûts.

¹n+1 est un terme standard utilisé pour considérer la redondance. Le ‘n’ indique le nombre d’éléments nécessaires au fonctionnement des systèmes donc, dans ce cas, le nombre de pompes. Le ‘+1’ indique le nombre de systèmes de sauvegarde en place.

Voici un résumé des différents types de signaux pouvant être utilisés pour interagir avec les pompes, certaines des applications courantes dans lesquelles elles sont utilisées, ainsi que leurs avantages et inconvénients.

Contrôle basé sur le relais de commutation de puissance

Description: La mise sous/hors tension alimente les pompes lorsque l’analyseur a besoin que la pompe soit allumée, peut être de 12 à 230 V. Les pompes sont éteintes et n’ont pas d’alimentation lorsqu’elles ne pompent pas.
Avantages: Méthode de contrôle la moins chère et la plus universelle.
Inconvénients: Usure élevée de la pompe et du relais.
Couramment utilisé pour: Petites pompes doseuses, piscines, petits systèmes d’eau.

Contrôle de contact sans tension (VFC)

Description: La pompe est alimentée séparément de l’analyseur et ne commence à pomper que lorsqu’un circuit de commande basse tension est fermé. VFC peut être utilisé avec des seuils ou avec PID et peut être utilisé comme contrôle marche/arrêt ou largeur/fréquence d’impulsion.

Cela signifie que l’analyseur peut imiter le ‘Contrôle d’Impulsions’ d’un débitmètre.
Avantages: Très communément accepté par les pompes et protège à la fois le relais et la pompe des surtensions haute tension.
Inconvénients: Pas aussi précis que le contrôle analogique, en particulier pour les systèmes sans recirculation.
Couramment utilisé pour: Petites et moyennes pompes doseuses, piscines.

Contrôle analogique

Description: Un 4-20mA ou un 0-10V est mis à l’échelle pour correspondre à la sortie de la pompe, puis est utilisé pour contrôler le débit de la pompe.
Avantages: Contrôle très précis, même sur les systèmes sans recirculation. La pompe fonctionne en permanence, éliminant les surtensions et la fatigue au démarrage.
Inconvénients: Ne peut être utilisé que sur des pompes qui acceptent des entrées analogiques.
Couramment utilisé pour: Les systèmes de taille moyenne à grande, les systèmes de grande piscine, tout système où un dosage précis est une nécessité.

Contrôle INTELLIGENT et NUMÉRIQUE

Description: Certaines pompes peuvent désormais être contrôlées à l’aide de communications numériques telles que Modbus ou Profibus. Ceux-ci sont conçus pour être utilisés directement à partir des automates et offrent aux opérateurs des avantages distincts par rapport aux méthodes plus traditionnelles. Un signal numérique a une portée plus longue, possède un câble de signal pour une communication bidirectionnelle et est capable de transmettre des informations beaucoup plus détaillées qu’un simple signal d’alarme marche/arrêt.

Un exemple de pompe avec communication SMART et DIGITAL est la pompe doseuse Grundfos DDA avec module complémentaire e-box. L’e-box fournit une connexion Modbus ou Profibus pour une communication bidirectionnelle.

Le contrôleur d’instrument CRIUS^®4.0 de Pi est le seul analyseur de qualité de l’eau capable d’utiliser toute la gamme d’informations disponibles à partir de la pompe DDA. Des informations telles que: la durée totale de fonctionnement de la pompe, les pressions de la pompe, le volume pompé et bien d’autres sont désormais disponibles pour l’analyseur.

Les alertes d’erreur peuvent désormais être spécifiques, indiquant aux opérateurs exactement ce qui doit être fait avec leur pompe. Cette mine d’informations peut être utile pour coordonner la maintenance et augmenter le temps de fonctionnement de la pompe et du système dans son ensemble. Toutes ces informations peuvent être stockées et enregistrées, ce qui rend le système très contrôlable.

Normalement, toutes ces informations ne seraient disponibles que pour les opérateurs ayant accès à un API et à un ingénieur API capable d’intégrer les deux systèmes, mais le CRIUS^®4.0 de Pi est un contrôleur personnalisable qui n’a pas besoin d’un ingénieur API pour le configurer.

Le contrôle avec l’e-box DDA peut également être extrêmement précis, la pompe étant plus à même de corriger le débit de la pompe pour correspondre très étroitement à l’échelle utilisée par l’analyseur. Une pompe contrôlée par une échelle de 4 à 20 mA, demandant 60% de la puissance de la pompe, était à plus d’un litre de la valeur réelle de 60% de l’échelle de la pompe. Cela signifie que sur une pompe 0-30l/h, une pompe commandée par un signal 4-20mA appelant 60% de la sortie de la pompe pomperait en réalité 19l/h, alors qu’une pompe commandée Modbus pomperait 18l/h. Cette différence est petite mais mesurable, et au cours de la durée de vie d’une pompe, cela se traduirait par un écart remarquable dans les produits chimiques. Il est probable qu’avec des longueurs de câble plus longues, sur un site réel, cet écart augmenterait.
Avantages: Le contrôle le plus précis, d’excellentes informations de maintenance, plus de temps de disponibilité pour les processus.
Inconvénients: Actuellement disponible uniquement avec les pompes Grundfos DDA et les analyseurs Pi.
Couramment utilisé pour: Les systèmes de grande à très grande taille, ou les systèmes 24/24 où les économies de produits chimiques et les temps d’arrêt réduits sont amplifiés. Les systèmes alimentaires en particulier bénéficient d’une disponibilité accrue et d’une excellente vérifiabilité.

Il existe de nombreuses façons pour les analyseurs d’interagir avec les pompes, et aucune n’est une solution ‘universelle’. Que vous souhaitiez moderniser un système existant ou concevoir une nouvelle usine avec les dernières communications SMART et NUMÉRIQUES, les contrôleurs d’instruments de Pi vous couvrent.

Process Instruments fournit aux contrôleurs CRIUS^®4.0 et CRONOS^® des capteurs pour de nombreux systèmes à paramètre unique comme le chlore et le pH, mais saviez-vous que…
…les contrôleurs CRIUS^®4.0 et CRONOS^® de Pi permettent tous deux la connexion de plusieurs capteurs?
…les systèmes multi-paramètres de Pi peuvent vous faire gagner de la place sur site, sont faciles à utiliser et offrent un certain nombre d’options de communication?
…le contrôleur de coagulation CoagSense de Pi est un système multiparamétrique qui fait désormais partie intégrante de la gamme de produits de Pi?

Un exemple de l’un des analyseurs multiparamétriques les plus demandés de Pi combine un CRIUS^®4.0 avec un turbidimètre TurbSense^®, un pH-mètre pHSense, un conductimètre ConductiSense et un analyseur UVA UV254Sense avec un capteur de température sur les systèmes d’eau brute. Ceux-ci se sont avérés très populaires dans les applications où les entreprises et les autorités locales cherchent à économiser sur le temps d’installation, l’espace et les coûts initiaux.

Les contrôleurs multi-paramètres de Pi

Contrôleur CRIUS^®4.0 de Pi

Le CRIUS^®4.0 est équipé de la capacité de connecter jusqu’à quatre capteurs de tout type avec des sorties analogiques et des relais appropriés. Si quatre ne suffisent pas, ne vous inquiétez pas. Le CRIUS^®4.0 peut connecter jusqu’à seize capteurs en ajoutant des boîtiers d’extension si nécessaire, tous utilisant le même affichage et les mêmes communications.

Équipé d’un enregistrement de données en standard et de plusieurs boucles PID en option, le CRIUS^®4.0 est très capable de contrôler des processus complexes de traitement de l’eau à une fraction du coût des autres contrôleurs.

Les packages de communication en option permettent des sorties analogiques Profibus, Modbus ASCII, Modbus RTU, Modbus TCP, 4-20 mA et des relais pour les alarmes et le contrôle.

Les clients qui ont besoin d’un contrôleur sans fioritures devraient envisager le contrôleur CRONOS^®.

Contrôleur CRONOS^® de Pi

Le CRONOS^® a la capacité de contrôler jusqu’à deux capteurs de tout type avec des sorties analogiques et des relais appropriés. Équipé d’un contrôle PID en option, le CRONOS^® est tout à fait capable de contrôler des processus complexes de traitement de l’eau à une fraction du coût des autres contrôleurs.

Avantages des systèmes multi-paramètres de Pi

Gain de place

Trouver de l’espace devient un véritable problème pour les ingénieurs d’installation sur de nombreux sites en ce moment. Alors que les sociétés de distribution d’eau recherchent de plus en plus d’informations et que la réglementation augmente, cela a entraîné l’installation de plus en plus d’instruments. La plupart des stations d’épuration ont un espace mural limité et trouver de la place pour de nouveaux instruments est un véritable défi. Les deux contrôleurs d’instruments de Pi en tant qu’analyseurs multi-paramètres sont des solutions à ce problème.

Plus facile à utiliser

Avec des entrées et des sorties ‘plug & play’ simples, un affichage intuitif et une commande par touches, et avec un manuel individuel configuré pour être le même que votre analyseur, le CRIUS^®4.0 et le CRONOS^® rendent la configuration et l’utilisation continue simples et faciles.

Communication

Des communications Modbus et Profibus sont disponibles, ce qui réduit encore les coûts de câblage.

Accès à distance

L’accès à distance de Pi permet à l’utilisateur de connecter son CRIUS^®4.0 via son réseau local (LAN) ou une connexion réseau mobile 3G/4G. Cette connexion permet à l’utilisateur d’avoir le contrôle total de son analyseur depuis n’importe quel ordinateur, tablette ou téléphone mobile.

Contrôleur de coagulation CoagSense

Le contrôleur de coagulation CoagSense combine un capteur de courant d’écoulement StreamerSense, un analyseur UV UV254Sense et un capteur de pH pHSense pour contrôler automatiquement l’ajustement du pH de l’eau brute ainsi que le dosage du coagulant dans les usines de traitement d’eau. Un turbidimètre TurbSense^® peut également être ajouté si nécessaire.

Le contrôleur a révolutionné l’industrie où un contrôleur peut désormais surveiller et contrôler automatiquement vos pompes doseuses en envoyant un signal proportionnel au débit directement aux pompes doseuses ou au SCADA de l’usine. Auparavant, tout cela devait être fait par un automate ou un système SCADA, ce qui impliquait de faire appel à un programmeur spécialisé sur place et d’augmenter les coûts. Il existe maintenant un contrôleur qui fait tout cela de manière abordable.

Process Instruments (Pi) voit de plus en plus d’ingénieurs et de techniciens en eau s’appuyer sur la fonction de réglage automatique PID de leur API. Beaucoup sont frustrés par le manque de fiabilité des régulateurs automatiques en ce qui concerne les processus de traitement de l’eau. Parfois, les paramètres PID réglés automatiquement fonctionnent, mais quelque chose change dans le processus et le contrôle PID ne fonctionne plus correctement.

Dans ce Focus Sur, Pi vise à décrire le fonctionnement des auto-régulateurs PID et pourquoi ils sont souvent inadaptés aux processus complexes de traitement de l’eau. Nous donnons également une brève introduction à certains des principes de réglage manuel d’un PID.

Saviez-vous que…
…les auto-régulateurs ne sont pas efficaces pour ajuster les processus avec de longs temps de boucle?
…le CRONOS^® et le CRIUS^®4.0 ont de nombreuses fonctions de sécurité PID intégrées pour rendre le contrôle plus facile et plus sûr?
…les boucles PID peuvent souvent être réglées à distance, ce qui signifie d’énormes économies sur les visites sur site et le temps de déplacement?

Qu’est-ce que le réglage PID?

Un contrôleur proportionnel – intégral – dérivé (PID) est un mécanisme de rétroaction de boucle de contrôle largement utilisé dans les systèmes de contrôle industriels. Les contrôleurs PID permettent à un système de moduler en continu et automatiquement un mécanisme de contrôle (par exemple une pompe doseuse, une vanne, la vitesse du moteur), pour tenter d’atteindre un point de consigne souhaité.

Il existe une myriade de façons dont un contrôleur PID peut être ‘réglé’. Dans un régulateur PID très basique, l’opérateur peut choisir dans quelle mesure son contrôle doit être basé sur P, I et D. En réalité, D n’est presque jamais requis dans les processus d’eau en raison de la nature de la boucle de contrôle.

C’est généralement ce que les ‘auto-régulateurs’ entreprennent. Ils apportent de petits changements au rapport entre les commandes P, I et D, suivent la réponse, décident si le changement est bon ou mauvais, puis changent à nouveau.

Que fait l’autoréglage?

Donc, ce que fait le réglage automatique, c’est de changer, de mesurer et de changer à nouveau; qui peut parfaitement fonctionner sur des processus avec un temps de boucle très court (temps entre un changement et une réponse du système), l’auto-réglage effectuant de nombreux changements dans un court laps de temps. Les changements se cumulent dans un système PID ‘réglé’.

Sur la droite se trouve un exemple de système d’autoréglage PID.

Sur le schéma, on peut voir que pour que le système fonctionne, la case en rouge est une partie cruciale du processus. Si le changement apporté par l’auto-régulateur PID n’est pas visible assez rapidement, cela peut affecter la façon dont l’auto-régulateur catégorise le changement (bon ou mauvais), ou ne donnera pas à l’auto-régulateur l’opportunité d’en faire assez des changements itératifs pour maîtriser un système d’eau complexe.

La bonne nouvelle

Il y a une bonne nouvelle pour les techniciens et les ingénieurs de l’eau et c’est que Pi est là pour vous aider. Tous nos vendeurs sont des spécialistes des applications et sont tous capables de vous aider à régler manuellement un contrôleur PID pour vos processus. Nos contrôleurs CRONOS^® et CRIUS^®4.0 sont tous deux capables de fournir un excellent contrôle dans de nombreux processus et disposent de nombreuses fonctionnalités PID intégrées pour rendre votre processus plus contrôlé, robuste et sûr.

Où démarrer avec un réglage PID

À bien des égards, les auto-régulateurs imitent les ingénieurs d’usine qui effectuent des ajustements et règlent leurs paramètres PID. Il leur manque simplement 2 composants clés;

• Patience – parce que les temps de boucle sont si longs, il faudra du temps pour régler une boucle PID.
• Contexte – aucun auto-régulateur ne peut tenir compte de lignes de dosage bloquées, ou de 2 pompes identiques qui sont mal étalonnées et produisent des volumes différents, ou des changements saisonniers dans les concentrations de paramètres mesurés. Le contexte est extrêmement important dans le réglage d’une boucle PID.

Dans cet esprit, voici comment nos ingénieurs abordent le réglage PID sur nos instruments;

1. Vérifiez que la méthode de mesure et la sortie fonctionnent correctement. Cela inclut tout étalonnage sur les sondes et sur les pompes ainsi que la vérification que les lignes de dosage sont claires.
2. Tenez compte du temps de boucle et modifiez le délai de mise à jour du PID. Cela change la fréquence à laquelle l’algorithme PID modifie la sortie.
3. Commencez petit et montez en puissance. Commencez par le contrôle P et augmentez lentement le facteur P jusqu’à ce qu’il modifie la mesure dans un délai satisfaisant. Si vous pouvez obtenir un bon niveau de contrôle avec seulement P, c’est excellent. Il n’est souvent pas nécessaire de trop compliquer les choses au-delà de cela. L’ajout de composants I et D est souvent inutile.
4. Si vous avez un contrôle sauvage ou erratique, baissez le P jusqu’à ce que le contrôle soit stable, même s’il n’atteint pas votre point de consigne, ajoutez un peu de contrôle I.
5. Essayez toujours d’avoir le niveau le plus bas possible, car l’intégrale I peut causer plus de problèmes de contrôle qu’il n’en résout.

Une fois que vous avez trié le rapport de base P et I, ou si vous ne parvenez pas à contrôler le P et I, il vaut la peine de considérer ces paramètres supplémentaires qui contribueront à rendre votre schéma de contrôle plus régulier et plus sûr.

• Sortie Min/Max – limite la plage dans laquelle le PID peut fonctionner, ce qui peut arrêter un surdosage et un sous-dosage potentiels. Ce réglage peut également réduire la capacité de la boucle PID à répondre aux changements dans l’eau.
• Mode Démarrage – permet au processus d’être dosé à l’aide d’une valeur proportionnelle au débit ou d’une valeur de pourcentage manuel, pendant une période de démarrage prédéterminée. Ceci est souvent utilisé pour démarrer le processus avant de passer au contrôle PID.
• Rampe – lisse le démarrage du processus lorsque l’erreur entre la valeur mesurée et le point de consigne peut être très importante (ce qui peut provoquer un dépassement et une surcorrection erratiques).
• Transfert sans à-coups – facilite le processus de commutation entre le contrôle manuel et automatique.
• Protection intégrale contre l’emballement – limite l’effet de I parce que I regarde l’erreur au fil du temps. Une très petite erreur sur une grande période de temps peut entraîner une sortie I très importante entraînant un contrôle erratique.
• Protection contre les suralimentations – protège contre la défaillance d’autres équipements, tels que des pompes défaillantes ou des conduites de dosage bloquées. Cela met le contrôle en alarme si le contrôleur demande un dosage mais ne constate aucun changement.

Comment nos produits peuvent vous aider

Même armé de toutes ces connaissances, le réglage PID peut être un peu un art sombre. Ce qui fonctionne sur un site peut ne pas fonctionner sur un autre et même des ingénieurs expérimentés nous appellent parfois pour obtenir de l’aide.

L’une des façons dont nous pouvons vous aider est d’utiliser notre système d’accès à distance InSite. Notre portail d’accès à distance (Control InSite) permet aux personnes disposant de l’autorisation de sécurité appropriée d’apporter des modifications aux paramètres et d’observer les mesures depuis leur bureau.

Le directeur des ventes, le Dr Rob Paramore, a récemment décrit son expérience de modification des paramètres PID d’un client (à sa demande), tout en lui expliquant ce qu’il faisait au téléphone:

Saviez-vous que…
…PID peut vous faire économiser de l’argent en offrant un meilleur contrôle de processus?
…PID peut vous aider à maintenir un point de consigne, même avec un process variable?
…l’époque des PID trop complexes et déroutants est révolue?
…Pi peut adapter un système PID à vos besoins précis? Vous n’aurez peut-être plus jamais à toucher à ces paramètres!

Dans ce Focus Sur, Pi aimerait vous présenter la régulation PID si vous ne l’avez pas encore abordée, et discuter de certaines des fonctionnalités avancées utiles des systèmes PID modernes, comme sur les modèles CRONOS^® et CRIUS^®4.0 de Pi pour ceux qui sont plus familiers avec PID.

Qu’est-ce que le PID?

Le PID est un outil mathématique créé par des ingénieurs et utilisé dans les contrôleurs. C’est une fonctionnalité que l’on trouve souvent dans les contrôleurs industriels et qui est disponible dans les contrôleurs Pi, en tant qu’option peu coûteuse.

A quoi sert le PID?

La meilleure façon d’expliquer ce que fait le PID est de prendre un exemple. La plupart des gens sont allés à une piscine à un moment de leur vie, c’est donc l’exemple que nous utiliserons. Le PID est également applicable dans une grande variété d’autres processus. En cas de doute, vous pouvez toujours nous contacter pour discuter de votre candidature.

Lorsqu’une personne pénètre dans une piscine, elle crée une demande de chlore. A l’origine, elle introduit de la sueur, des bactéries, des molécules organiques et d’autres substances dans l’eau de la piscine. Le chlore réagit avec ces substances, ce qui entraîne une consommation de chlore et une baisse du niveau de chlore. Le niveau de chlore dans cet exemple est souvent appelé variable de procédé ou VP dans le contexte du PID.

Afin de maintenir une concentration ou un niveau de chlore, davantage de chlore doit être dosé. Si vous avez dosé la même quantité de chlore par baigneur, le niveau ne serait pas stable car tous les baigneurs créent une demande de chlore différente (par exemple, la natation pour la forme physique produit plus de sueur que la natation récréative). Le dosage manuel pose le problème de l’erreur humaine et de la manière dont les opérateurs évaluent ou calculent la quantité de chlore à doser en fonction des niveaux actuels. Un autre problème avec le dosage manuel est qu’il ne s’agit pas d’un processus continu, ce qui signifie qu’il est peu probable qu’un niveau stable soit jamais atteint.

Que fait le PID?

Le PID prend le niveau mesuré de chlore ou de VP et le compare au niveau ou au point de consigne souhaité. Cette comparaison donne l’erreur que PID interprète puis calcule une sortie. La sortie est un signal électrique qui contrôle le dosage du produit chimique approprié. La sortie peut contrôler des réchauffeurs, des pompes doseuses et de nombreux autres mécanismes pouvant être utilisés pour modifier le VP.

Comment est-ce utilisé?

Le PID est composé de trois parties, proportionnelle, intégrale et dérivée. Comprendre ce que fait chaque pièce aide les opérateurs à choisir le niveau de contrôle qui leur convient le mieux.

Proportionnel – Est le plus couramment utilisé pour la portion PID et convient à la plupart des applications. Lors de l’utilisation du contrôle proportionnel, plus la valeur mesurée est éloignée du point de consigne, plus la sortie du contrôleur sera importante. Il s’agit d’un niveau de contrôle approprié pour la plupart des processus, et les utilisateurs peuvent gagner beaucoup de contrôle à partir d’un système purement proportionnel.

Dans certains systèmes où la VP est consommée dans le processus, par ex. chlore d’une piscine, chaleur d’une chaudière, etc., la régulation proportionnelle ne rattrape jamais tout à fait la consigne. Les utilisateurs peuvent voir que même si le processus approche du point de consigne, il y parvient rarement, voire jamais. C’est ce qu’on appelle le ‘statisme’. L’utilisateur peut compenser le statisme si la suppression de la VP est assez constante, simplement en augmentant le point de consigne, par ex. évaporation du chlore d’une piscine vide. Si le statisme change souvent (par exemple, le nombre de baigneurs ou la demande de chlore), alors pour éradiquer le ‘statisme’, la partie intégrale du PID peut être appliquée au signal pour le corriger.

Intégrale – La sortie du terme intégral est déterminée à la fois par l’amplitude et la durée de l’erreur. Une petite erreur sur une longue période déclenchera une réponse plus importante que celle d’un système purement proportionnel. Cela aide à éliminer le ‘statisme’ observé dans les processus à perte continue et sert également à atteindre le point de consigne plus rapidement.

Dérivée – Le gain dérivé est rarement utilisé et n’est généralement configuré que par des ingénieurs experts. Le gain dérivé utilise le taux de variation de la VP pour essayer de prédire les erreurs futures. Ce type de contrôle est particulièrement susceptible de surcompensation, surtout s’il y a même une petite quantité de bruit de signal (généralement considéré comme des pointes dans la VP). Le gain dérivé est généralement un ajustement utilisé par les ingénieurs pour améliorer un contrôle déjà serré, et n’est presque jamais utilisé comme une partie essentielle du contrôle.

Quels sont les avantages du PID?

Lorsqu’il est correctement configuré, le PID peut conduire à un contrôle de processus beaucoup plus strict, ce qui à son tour peut vous faire gagner du temps et de l’argent. Par exemple, les gestionnaires de piscine souhaitent maintenir des niveaux de chlore bas, améliorer l’expérience de baignade et économiser sur les produits chimiques. AquaSense est un système d’analyse de chlore qui réagit rapidement et de manière appropriée à un changement de nombre de baigneurs (également connu sous le nom de demande en chlore). Cela signifie que les opérateurs de piscine peuvent économiser de l’argent tout en maintenant la sécurité de la piscine. Le PID peut également aider à réduire le risque de dépassement du point de consigne souhaité, réduisant ainsi le risque de surdosage dangereux des produits chimiques.

Fonctionnalités avancées et sauvegardes

Alors que le maintien d’un point de consigne avec une boucle PID est un énorme progrès par rapport à l’utilisation de relais à seuil pour maintenir une limite supérieure et inférieure, il est judicieux de contrôler la boucle avec des protections supplémentaires, telles que:

• Puissances maximales et minimales de la pompe. Ceci est principalement utilisé pour empêcher le contrôleur d’utiliser un contrôle trop agressif, ce qui peut conduire à un surdosage. Une sortie minimale peut également être utilisée dans un système où le paramètre mesuré est perdu au fil du temps, pour empêcher le contrôleur d’arrêter le dosage.
• Le taux de rampe est un contrôle proportionnel qui permet aux utilisateurs de choisir à quelle vitesse ou lentement le contrôleur dose, afin d’atteindre le point de consigne. Il est particulièrement utile au démarrage et peut empêcher le contrôleur de doser trop rapidement.
• La protection contre l’emballement est un contrôle intégral, qui limite l’aspect durée du contrôle. Cela limite le nombre d’erreurs précédentes pouvant s’accumuler. Sans protection contre la liquidation, il pourrait y avoir une valeur intégrale très élevée, si le processus atteint jamais zéro ou au démarrage.

Ce sont toutes des fonctionnalités standard dans tous les contrôleurs Pi PID.

Conclusion

En résumé, le PID est un outil très utile lorsqu’il est utilisé correctement et peut entraîner d’importantes économies de produits chimiques, sans parler de la réduction de l’usure de la pompe et des coûts d’électricité.

La plupart des personnes travaillant dans l’industrie du traitement de l’eau savent qu’atteindre le niveau de dosage correct du coagulant peut parfois être difficile. Le maintien d’un dosage optimal est crucial pour obtenir la meilleure qualité d’eau possible, ce qui inclut une réduction optimale des matières organiques pour le contrôle des sous-produits de désinfection (SPD). Un opérateur d’usine peut utiliser des données historiques, des Jar tests ou l’expérience pour décider de son niveau de dosage. Pour éviter la possibilité de sous-dosage et de rejet d’eau mal traitée, de nombreuses stations d’épuration finissent par surdoser, ce qui entraîne des coûts chimiques inutiles importants, des durées de fonctionnement des filtres réduites, une élimination réduite des matières organiques, un transfert d’aluminium, des coûts accrus de traitement des boues, etc.

Cependant, saviez-vous que…
…aucune mesure de la qualité de l’eau en ligne ne se démarque comme étant toujours la meilleure pour surveiller ou contrôler la coagulation dans toutes les situations (car plusieurs facteurs peuvent affecter la coagulation)?
…certains de ces facteurs, comme les matières organiques, sont très critiques pour la coagulation mais ne sont pas couramment mesurés en ligne et sont donc souvent négligés?
…les contrôleurs Process Instruments peuvent surveiller plusieurs paramètres simultanément, y compris la charge (courant d’écoulement), les matières organiques (UV254), le pH, le débit et la turbidité pour fournir un aperçu complet des caractéristiques de l’eau minute par minute?

Qu’est-ce que le contrôle de la coagulation?

L’objectif du traitement de l’eau est d’éliminer les contaminants solubles (par exemple les matières organiques) et insolubles (par exemple les particules colloïdales). Ces contaminants sont souvent porteurs d’une charge anionique qui les maintient en suspension ou en phase soluble. Des coagulants sont ajoutés pour neutraliser la charge des particules colloïdales et également pour ‘complexer’ avec des molécules organiques, ce qui entraîne finalement leur précipitation. La réduction de la charge des particules et la précipitation des matières organiques signifient qu’elles ne pourront plus rester en suspension stabilisée. Une fois le composant de charge répulsif éliminé, ces contaminants commenceront naturellement à s’agglomérer en raison des forces d’attraction appelées forces de Van Der Waals. L’élimination de ces contaminants est facilitée par la formation de flocs chimiques (résultant de l’hydrolyse du coagulant) qui à la fois empile et balaye les plus petites agglomérations, de sorte qu’elles peuvent être éliminées plus facilement par sédimentation ou flottation.

Si le dosage de coagulant est trop élevé, le coagulant supplémentaire inutile peut entraîner la génération de quantités accrues de boues, des temps de fonctionnement de filtre plus courts, un relargage d’aluminium dans l’environnement et d’autres effets secondaires indésirables.

Cette situation est rendue considérablement plus complexe car la quantité de coagulant nécessaire et l’efficacité de la coagulation peuvent varier considérablement au cours de la journée ou même d’heure en heure en raison des changements de turbidité, de pH, de température ou des niveaux de matière organique naturelle (MON) de l’eau entrante.

Qu’arrive-t-il à l’eau brute qui pénètre dans une usine lors d’un événement pluvieux?

La réponse évidente est que l’eau entrante devient plus trouble et la dose de coagulant augmente. La turbidité est utilisée comme mesure en ligne de la qualité de l’eau dans pratiquement toutes les stations d’épuration et également lorsque des Jar tests sont effectués, mais la turbidité n’est pas le seul paramètre de qualité de l’eau qui change. Il existe d’autres facteurs essentiels à la coagulation qui sont susceptibles de changer en même temps:

• Selon la nature de la rivière, le pH peut changer, ce qui peut à son tour augmenter ou diminuer l’efficacité de la coagulation. Chaque coagulant a une plage de pH optimale où il peut atteindre la plus grande efficacité en termes de turbidité et d’élimination des matières organiques. Ainsi, les changements de pH peuvent avoir un impact considérable sur les performances de coagulation et de filtration, et sur la réduction de la turbidité et des SPD qui en résultent.
• L’alcalinité de l’eau peut changer. Si cela tombe en dessous d’environ 10 ppm, une coagulation efficace ne peut pas se produire car la réaction d’hydrolyse qui est essentielle à la coagulation ne peut pas se dérouler. Cette situation ne peut être rectifiée qu’en ajoutant de l’alcalinité.
• Le niveau de matières organiques dissoutes (MOD) peut changer. À moins d’être surveillés avec une instrumentation appropriée (de préférence en ligne), les changements initiaux des matières organiques passent souvent inaperçus et sont en conséquence sous-traités. La demande réelle d’un coagulant d’origine organique peut dans certains cas apparaître avant qu’une augmentation de la turbidité ne soit observée et peut également rester élevée après que la turbidité soit revenue à la normale. Le manque d’instruments appropriés pour surveiller les changements dans les matières organiques au fur et à mesure qu’ils se produisent entraîne une efficacité d’élimination réduite des MOD, ce qui peut entraîner la formation de trihalométhanes et d’autres produits de désinfection indésirables.

Alors, quelle est la meilleure mesure pour optimiser et contrôler la coagulation?

La réponse est qu’aucune mesure de la qualité de l’eau ne fournit à elle seule une image complète. Comme cela a été discuté ici, de nombreux facteurs doivent être pris en compte et idéalement surveillés de manière continue et en ligne afin de contrôler le plus efficacement possible la coagulation. S’attendre à ce qu’un seul paramètre de mesure soit efficace n’est tout simplement pas très pratique car les différentes usines de traitement de l’eau ont toutes des eaux brutes différentes, qui ont chacune des défis différents à surmonter lors du contrôle de leur dosage de coagulation. Cela signifie que pour qu’un système soit le plus efficace, il doit être flexible et modulaire, permettant de mesurer différents paramètres en fonction des besoins des différentes usines de traitement de l’eau, ce qui dépend grandement des caractéristiques individuelles de l’eau brute. Même si une usine de traitement d’eau particulière n’est actuellement pas confrontée à un problème comme la formation de SPD en raison de niveaux élevés de matières organiques, nous avons de nombreux exemples où la qualité de l’eau a changé de manière imprévisible pour un bon nombre d’UTE. Ainsi, avoir une approche flexible, modulaire et bien équilibrée du contrôle de la coagulation en ligne, par rapport à une approche de mesure unique, est tout à fait logique.

La solution à ce problème?

Il ne s’agit pas d’un produit ‘universel’ mais d’un système modulaire et personnalisable conçu pour être suffisamment flexible pour toutes les applications.

Comment nous concevons votre système individuel de surveillance/contrôle de la coagulation

Au cœur des systèmes de surveillance/contrôle de la coagulation de Pi se trouve le contrôleur CRIUS^®4.0 CoagSense de Pi.

• Tout d’abord, nous vous demanderons des détails sur votre application particulière et les défis de traitement de l’eau et à partir de là, nous discuterons des paramètres que vous souhaitez surveiller. Ces paramètres incluront un ou plusieurs des éléments suivants: pH, température, conductivité, courant d’écoulement, UV254 et turbidité.
• Nous discuterons ensuite des exigences de contrôle et de communication dont vous pourriez avoir besoin. Combien de pompes doseuses, d’alarmes ou de sorties de signaux sont nécessaires? Une stimulation du débit sera-t-elle nécessaire? Le système fonctionne-t-il en continu ou uniquement à certaines heures de la journée? Avez-vous besoin d’un accès à distance ou d’une intégration avec des systèmes de télémétrie ? Si votre SCADA gère le contrôle, quel type de protocole de communication est nécessaire pour intégrer les données de mesure?
• Enfin, nous discuterons de l’installation idéale du système pour obtenir les performances les plus fiables de votre système de contrôle de la coagulation en ligne.

Une fois ce processus terminé, vous disposerez d’un système conçu sur mesure, créé par vous, spécifiquement pour vos besoins, avec toutes les fonctionnalités nécessaires pour un contrôle efficace et sans extras inutiles. Vous disposerez également d’un système qui peut être facilement étendu si cela s’avère nécessaire ultérieurement, ou si les budgets le permettent.

Process Instruments Coagulation Controllers – de véritables systèmes sur mesure.