Schéma de commande PLC pour le fonctionnement en parallèle de deux compresseurs de gaz à vitesse variable, alimentant la canalisation principale.

Aperçu du système

Dans les systèmes de transport de gaz industriel, l’utilisation de deux compresseurs de gaz à vitesse variable fonctionnant en parallèle pour alimenter la canalisation principale permet d’améliorer efficacement la stabilité de l’approvisionnement en gaz ainsi que la redondance du système. Grâce à un contrôle centralisé assuré par un automate programmable (PLC), il est possible non seulement d’assurer un réglage précis de la pression, mais aussi d’optimiser l’efficacité de l’exploitation des équipements et de réduire la consommation d’énergie.

Configuration matérielle et architecture système

La mise en place d’une architecture de contrôle stable et fiable constitue la base de la mise en œuvre d’un fonctionnement en parallèle. Le système comprend principalement les composants essentiels suivants:

• Contrôleur PLC:En tant que cœur de contrôle de l’ensemble du système, il est chargé de la collecte des données, du traitement logique et de la transmission des commandes.
• Variateur de fréquence:Les moteurs entraînant respectivement deux compresseurs de gaz sont alimentés par des signaux de consigne de fréquence provenant d’un automate programmable, permettant un réglage continu de la vitesse de rotation des moteurs.
• Réseau de capteurs:Cela comprend le transmetteur de pression de la conduite principale, les capteurs de pression et de température à l’entrée et à la sortie de chaque compresseur, le débitmètre ainsi que le dispositif de retour d’état de fonctionnement du moteur.
• Organisme d’exécution:Tels que les vannes électriques d’entrée et de sortie, les vannes de décharge, etc., ils sont utilisés en complément des compresseurs pour assurer la mise en marche et l’arrêt ainsi que le changement de mode de fonctionnement.

Stratégie de contrôle en fonctionnement parallèle

Lorsque deux compresseurs à pression fonctionnent en parallèle, la difficulté principale réside dans l’harmonisation de leur débit afin d’éviter un déséquilibre de la charge. On recourt généralement à…Contrôle maître-esclaveOuContrôle de l’équilibrage de chargeStratégie.

• Mode de contrôle maître‑esclave:L’une des unités est configurée comme maître, l’autre comme esclave. Le maître effectue le calcul PID en fonction de la valeur de consigne de pression du collecteur et fournit un signal de fréquence; l’esclave suit en temps réel la fréquence ou le courant de fonctionnement du maître, afin d’assurer l’alignement des puissances délivrées par les deux appareils.
• Mode d’équilibrage de charge:L’automate programmable collecte en temps réel les courants de fonctionnement ou les puissances des deux compresseurs à pression; grâce à un algorithme interne, il ajuste dynamiquement et finement les fréquences de consigne des deux variateurs de fréquence, afin d’assurer que le taux de charge des deux équipements soit pratiquement égal, prolongeant ainsi la durée de vie des appareils.

Contrôle à fréquence variable et régulation en boucle fermée de la pression

L’objectif central de l’alimentation en gaz vers la canalisation principale est de maintenir la stabilité de la pression du réseau. Le PLC atteint cet objectif grâce à un contrôle en boucle fermée de la pression:

• Acquisition et traitement du signal:Le transmetteur de pression de la conduite principale convertit en temps réel le signal de pression en un signal analogique standard ou en un signal numérique, puis le transmet au PLC.
• Calcul PID:Le bloc fonctionnel PID intégré au PLC compare la valeur de pression réelle à la valeur cible de pression définie par le procédé, calcule l’écart et effectue des opérations de proportion, d’intégration et de dérivation afin d’obtenir la consigne de régulation de fréquence.
• Diffusion et exécution des fréquences:L’automate programmable (PLC) envoie à l’onduleur la consigne de fréquence calculée. Lorsque la pression dans le réseau est trop basse, il augmente la fréquence de sortie de l’onduleur, ce qui accroît la vitesse de rotation du compresseur et le débit; lorsque la pression est trop élevée, il réduit la fréquence, diminuant ainsi le débit d’air fourni.

Protection de sécurité et dispositifs d’interverrouillage

Le gaz de ville est un agent dangereux, facilement inflammable et explosif; l’interverrouillage de sécurité des compresseurs fonctionnant en parallèle revêt une importance capitale. L’automate programmable (PLC) doit être doté d’une logique de protection complète:

• Contrôle anti-suralimentation:Lorsque les conditions de fonctionnement du compresseur approchent la zone de sur‑soufflage, le PLC ouvre rapidement la vanne de décharge anti‑soufflage ou la vanne de recirculation afin d’augmenter le débit d’entrée et d’assurer un fonctionnement sûr de l’équipement.
• Protection contre la surpression et la dépression:Lorsque la pression dans la conduite principale dépasse la limite de sécurité, le PLC réduit automatiquement la fréquence du variateur de fréquence, voire arrête l’équipement; lorsque la pression descend en dessous de la valeur minimale, une alarme est déclenchée et l’équipement de secours est mis en marche.
• Basculement automatique en cas de panne:En cas de défaillance grave d’une unité de compression principale en service, le PLC procède immédiatement à la mise hors service de l’unité défectueuse et lance automatiquement, de manière progressive, l’unité de compression de secours, afin d’assurer la continuité de l’alimentation en gaz de la canalisation principale.
• Interverrouillage de l’ordre d’allumage et d’arrêt:Assurer un contrôle rigoureux selon l’ordre de sécurité du procédé, afin de garantir la logique correcte des mouvements des vannes et des moteurs.

Conseils de débogage et d’optimisation

Dans les applications d’ingénierie réelles, une mise en service rigoureuse est indispensable avant la mise en service du système. Tout d’abord, il convient d’effectuer des essais à vide et sous charge sur chaque équipement afin de vérifier que les paramètres du variateur de fréquence et le sens de rotation du moteur sont corrects. Ensuite, lors d’un fonctionnement en parallèle, il est nécessaire d’ajuster avec soin les paramètres PID pour éviter toute oscillation de pression dans le système. Enfin, en simulant divers scénarios de défaut, il faut valider l’exactitude et la rapidité de réponse de la logique d’interverrouillage du PLC, afin d’assurer un fonctionnement sûr, efficace et stable de l’ensemble du système de transport du gaz.