Approche d'Etude de Procédé Assistée Par Ordinateur (E.P.A.O)
 

Les techniques de cette approche (décrite par T.Bounahmidi) se basent sur la modélisation des opérations unitaires mises en jeu dans les procédés en question. Ces modèles, pour être fiables doivent être de type physico-chimique permettant de rendre compte des principaux phénomènes qui régissent le fonctionnement du procédé concerné. D'autres modèles aussi populaires ,dits modèles de représentation , sont aussi rencontrés. Ces modèles sonts moins fiables mais très utilisés en contôle linèaire de procédés : pour ces modèles, on ignore tout ou une grande partie des phénomènes mis en jeu (réactions chimiques dans un four à ciment par exemple). Dans ce cas là, on se contente d’une description mathématique sans lien apparent avec la réalité physique). La structure du modèle est fixée à priori, on parle de ‘boite noire’ , par exemple les modèles linèaires de type fonction de transfert sont des modèles de représentation.

Les principales étapes de la méthodologie E.P.A.O sont les suivantes :

Modélisation mathématique du procédé :

       L’approche (EPAO) se base sur le modèle mathématique du procédé. Ce modèle est constitué d’un ensemble d’équations reliants, pour chaque unité du procédé, les variables de sortie à celles d’entrée et aux paramètres. De telles équations sont  obtenues en écrivant les équations de conservation de matière, d’énergie  et de quantité de mouvement autour de chaque unité du procédé. Les équations ainsi obtenues pour chaque unité forment le modèle de cette unité. Le modèle du procédé est constitué de l’ensemble des équations des modèles de ses unités et des équations de liaisons entre ces dernières.

        La structure du modèle d’un procédé dépend des phénomènes mis en jeu dans ce procédé. Ces phénomènes peuvent être de différents types :
- les phénomènes de transfert de matière et de chaleur au sein d’une même phase ou entre phase ;
- les phénomènes de mélange dans les appareils ;
- les phénomènes liés à la cinétique chimique ou biologique des réactions mises en jeu ;
- et enfin, les phénomènes thermodynamiques régissant les équilibres physico-chimiques et les propriétés physiques de la matière.

Estimation des paramètres de modèles (identification)  :
      
       Certains paramètres des modèles, tels que ceux relatifs aux transferts de chaleur, de matière ou de quantité de mouvement, ou ceux relatifs à l’écoulement, sont difficilement extrapolables et ne peuvent être estimés fiablement qu’en se basant sur des mesures collectées sur l’installation industrielle réelle. Cependant, ces mesures ne doivent être utilisées à cette fin que si elles sont réconciliées entre elles.

Réconciliation des mesures ou validation :

         Cette étape consiste à corriger les mesures de manières à leur faire respecter les équations de contraintes soumises au procédé. Ces dernières sont formées essentiellement des équations de bilans de matière et d’énergie. La validation des mesures s’impose car, sans elle ces équations de contraintes ne sont jamais satisfaites. Cette validation peut permettre de :
- corriger les valeurs des mesures ;
- détecter des incohérences ;
- détecter des capteurs en défaut ou des fuites ;
- modifier le plan de l’instrumentation.

Simulation de procédés :

        Celle-ci consiste à résoudre les équations du modèle du procédé, pour étudier l’un des problèmes suivants :
- déterminer le comportement d’une installation existante, pour des entrées données de celle-ci (simulation : détermination des sorties connaissant les dimensions des  appareils , leurs paramètres de performance, ainsi que les valeurs des variables caractéristiques du point de fonctionnement) ;
- calculer des dimensions d’appareils connaissant les entrées et les sorties du procédé  ‘design’ ;
- déterminer le point de fonctionnement du procédé, connaissant les dimensions géométriques des appareils ainsi que les sorties spécifiées du procédé ( conduite).

Optimisation de procédés :

Deux problèmes d’optimisation peuvent être posés au niveau d’un procédé :
- optimisation de la structure du flow-sheet en employant le meilleur agencement des unités du procédé et en choisissant les appareils les plus performants ;
- optimisation du point de fonctionnement du procédé de flow-sheet déterminé.

Le premier problème cité relève du domaine de la synthèse de procédés. Les techniques relatives à ce domaine ne sont pas encore tout à fait au point et font l’objet, actuellement, d’un grand effort de recherche à l’échelle internationale.

Le deuxième problème relatif à l’optimisation du point de fonctionnement d’un procédé de structure donnée, peut être traité en utilisant un logiciel de simulation du procédé. Si on désire effectuer cette optimisation par ordinateur en ligne, il serait nécessaire de disposer, dans la librairie de méthodes numériques du logiciel de simulation, de techniques d’optimisation rapides et efficaces.

Contrôle de procédés :

     Plusieurs stratégies performantes de contrôle peuvent être appliquées pour un contrôle efficace du procédé : contrôle en boucle fermé, contrôle en boucle fermée adaptatif, contrôle par anticipation ou « feed-forward », contrôle prédictif, contrôle non linéaire,…

 Traitement du signal :

Lorsqu'on est dans une salle de contrôle, Les informations qu'on reçoit du procédé sur les variables ou paramètres contrôlées (visibles sur les postes de conduite) sont des signaux numériques représentant les mesures de ces variables. Ces signaux étaient d'abord analogiques (à la sortie des capteurs), puis ils sont filtrés et convertis en signaux numériques via des convertisseurs Analogique-Numérique (C.A.N). De même les commandes élaborées par le calculateur ou régulateur numérique doivent êtres convertis en signaux analogiques, via des C.N.A avant de les appliquer aux actionneurs. Les opérations de filtrage, de conversion et de régénération du signal sont donc plus que nécessaire en conduite automatisée des procédés industriels.

Conduite de procédés par ordinateur en ligne (conduite automatisée) :

     Ce type de contrôle peut être assuré à l’aide d’un système numérique de contrôle commande ( SNCC) avec supervision.  Ce matériel est très puissant et peut être exploité pour améliorer de façon très nette les performances du procédé. Ceci ne peut avoir lieu que si l’on se décide, enfin, à coupler les techniques de l’approche (EPAO) à la fonction de contrôle.