Le MultiRanger Plus
Le principe de mesure utilisé est basé sur la mesure du temps de transit (aller et retour) d’une impulsion ultrasonique, émise et reçue par un transducteur (émetteur/récepteur), réfléchie par le fluide dont le niveau est à mesurer. La conversion temps-distance, et tous les traitements associés, sont assurés par l’unité électronique, raccordée au transducteur.
Nous étudierons ci-après un système composé d’un transducteur ultrasonique, d’une unité électronique MultiRanger Plus et d’un programmeur.
Le transducteur, choisi en fonction de la plage maximale à mesurer (7 m 50 ou 15 m 20), est installé 30 cm au moins au-dessus de sa cote maximale. Le câble de liaison, au départ du transducteur, offre la possibilité d’un montage pendulaire, et son embout fileté autorise toutes solutions de montage fixe. Un kit de fixation orientable est uti-
[Photo : L’unité MultiRanger Plus sur site.]
lisé pour les applications de mesure de niveau de produits solides. Bien isolé (IP68), submersible, sans électronique intégrée, supportant les hautes températures, compact et de faible poids, brides et faces émettrices autorisant les applications en milieu agressif, sont autant de caractéristiques qui permettent à ces transducteurs d’être utilisés quel que soit l'environnement.
L'unité électronique MultiRanger Plus (figure 1) est une unité multifonctions, entièrement programmable, dont la précision et la résolution atteignent respectivement 0.25 % et 0.1 % de la plage de mesure. Outre la mesure de niveau primaire cette unité permet la mesure de volume, de niveau différentiel (par simple adjonction d’un second transducteur), et de débit en canal ouvert, et moyennant un programme approprié, elle autorise le contrôle de pompes à partir de la mesure de niveau. Une sortie-afficheur, une sortie analogique et cinq sorties-relais à contact inverseur, entièrement programmables, sont adaptées aux besoins de l’automatisme.
Le programme global d’exploitation peut être sécurisé par un code d’accès, et réalisé via un programmateur amovible fixé au MultiRanger Plus par liaison magnétique, la communication étant supportée par une liaison infrarouge. L’unité électronique programmée, séparée du programmateur, devient inviolable, ce qui renforce la sécurité des unités installées in situ.
Réalisée sous deux configurations différentes : sous boîtier polycarbonate IP65, ou en version cassette rack 3 U, 19 pouces, la chaîne de mesure MultiRanger Plus / transducteur ultrasonique est homologuée Cenelec EEx mII T5 pour installation en Zone 1.
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L'appareil assure une mesure de niveau primaire, considérée aujourd’hui comme une mesure fondamentale, au même titre qu’une mesure de température par exemple, qui ne nécessite pas d’être plus explicitée quant à ses possibilités d’applications. Plus important est le principe de mesure utilisé, qui confère au système une absence totale de contact entre le transducteur et le produit, lui impliquant ainsi tous les avantages que cela comporte. Il dispose d’une sortie analogique proportionnelle et de cinq relais d’alarme dont les fonctions peuvent être alarme-niveau, alarme d’entrée et/ou sortie de bande, alarme vitesse de remplissage/vidange. Il est important de noter que l'un des relais peut toujours être attribué à l’autocontrôle de fonctionnement du système, ce, quelle que soit la fonction choisie. Une conversion niveau/volume est également intégrée : elle peut être automatique, si le réservoir mesuré correspond à l’une des huit configurations géométriques, dont le calcul mathématique de conversion est pré-programmé, ou linéarisée sur la base d’une courbe de conversion préétablie.
Exploitation aisée, programmation conviviale, sûreté et sécurité de fonctionnement, absence totale de maintenance, homologation pour fonctionnement en Zone 1, sont des paramètres adaptés aux besoins de l’industrie de l'eau, dont quelques applications sont examinées ci-après.
Stockage des boues
Un bon exemple d’application de la mesure primaire réalisée par l’appareil est la mesure de niveau de la chaux dans les silos de stockage des stations de traitement des boues, où elle est utilisée pour le traitement des boues et comme l'un des constituants du conditionnement chimique des refus de décanteur, avant l’entrée en épaississeur ou en bassin de stockage, dont les niveaux de fonctionnement pourront être également contrôlés.
Postes de relèvement
Une utilisation intéressante de la mesure de niveau est le contrôle de pompes pour la gestion des postes de relèvement (figure 2). La technologie ultrasonique sans contact y prend toute sa dimension, compte tenu de l’ensemble des contraintes techniques auxquelles est soumis un poste de relèvement, notamment en raison des incidents de la maintenance classique occasionnés par la désagrégation ou la rupture de câble des flotteurs, ou celles dues, pour le personnel, aux risques et à l’hostilité du milieu (tels la présence
[Photo : Poste de relèvement in situ avec transducteur immergeable IP 68.]
[Photo : Poste de mesure différentielle sur une installation de dégrillage.]
[Photo : Mesure de débit en canal ouvert.]
d’H₂S). Toute modification de la régulation d’un poste de relèvement se règle par rapport au radier, et donc en hauteur d’eau utile ; la consigne d’arrêt de chaque pompe est établie de façon à laisser immergée la volute d’aspiration de la pompe, pour éviter la cavitation et les coups de bélier néfastes aux tuyauteries et aux clapets des pompes.
Le MultiRanger Plus permet, d’autre part, avec ses cinq relais programmables, de contrôler le fonctionnement de cinq pompes, dont les points de consigne de marche-arrêt sont aisément programmés en fonction du choix de l’utilisateur, soit en cycle fixe, soit en permutation circulaire, laquelle permet de répartir le temps de travail de chaque pompe, et de s’affranchir de tous risques de grippage ou dysfonctionnement. Ces différents temps de travail, mémorisés dans des compteurs internes, peuvent être visualisés, en permettant de contrôler le calendrier des opérations.
Une consigne complémentaire permet à intervalles réguliers de laisser la pompe de base en fonctionnement en dessous de sa consigne d’arrêt habituelle afin d’éviter de laisser les boues se déposer sur le radier.
Dans les postes de relèvement, le contrôle de chaque pompe peut être réalisé en visualisant, à l’afficheur, pendant son fonctionnement, la durée de vidange correspondant à sa vitesse.
La sécurité de l’installation de pompage est également assurée partiellement par l’appareil, dans le cas où celui-ci est arrêté, par exemple en raison d’un défaut d’alimentation. Dans ce cas, l’état sécurité-défaut de chaque relais correspond à celui programmé pour chaque pompe (maintien du dernier état, marche pompe, ou arrêt pompe) à sa remise en marche ; chaque pompe obéit à un ordre de marche temporisé, régulant la mise en service progressive de l’ensemble des pompes. De même, dans le cas d’immersion accidentelle du transducteur (équipé d’une jupe de protection), le système peut être programmé pour maintenir les pompes en service. Toute installation de pompage peut ainsi être contrôlée par une unique chaîne de mesure de niveau.
Les stations de relèvement des réseaux gravitaires d’eaux brutes peuvent ainsi être équipées d’un système remplaçant les systèmes à détecteurs de niveau et les automatismes de traitement.
Dans les réseaux d’eau potable, les réservoirs peuvent également être automatisés, de façon similaire, avec un seul appareil.
Dans les réseaux d’égout, les pompes dilacératrices immergées de relèvement, même à faibles débits, peuvent être également gérées de façon similaire.
Les volumes pompés, devant être déterminés par la combinaison des programmes conversion-volume et contrôle de pompes, leur totalisation est mémorisée dans un registre interne. Le cas échéant, une sortie programmable peut permettre de transmettre ces éléments à distance.
Installations de dégrillage
Les postes de dégrillage installés à l’entrée des stations de traitement des eaux, automatiques pour la plupart, sont équipés d’un système de nettoyage dont les systèmes mécaniques peuvent aujourd’hui être remplacés par un MultiRanger Plus, équipé de deux transducteurs installés de part et d’autre de la grille, qui permettent de mesurer le niveau différentiel en fonction duquel sont commandés les automatismes (figure 3). Ils sont dotés de relais d’alarme (déclenchant, par exemple, le fonctionnement automatique du râteau), de relais « pompe » (pour la mise en service d’une pompe en un point de consigne fixé sur le différentiel de niveau), d’une sortie analogique proportionnelle au niveau différentiel, ou au niveau amont. Grâce au programmateur, on peut aussi, à tout instant, visualiser le niveau différentiel, le niveau amont, ou le niveau aval.
Postes de comptage du débit en canal ouvert
Le comptage des eaux brutes et la quantification des rejets sont des paramètres nécessaires à la connaissance du rendement d’une station de traitement des eaux, bien souvent demandés par les organismes de contrôle. Cette mesure est souvent réalisée en canal ouvert, les dispositifs de mesure primaire pouvant être des canaux type « Venturi », ou à déversoirs. Le programme d’exploitation OCM du MultiRanger Plus lui permet d’être utilisé en dispositif de mesure secondaire sur tous les canaux équipés d’un dispositif déprimogène caractérisé par une loi exponentielle simple (figure 4). Dans ce cas, une programmation rapide et aisée permet de réaliser le calcul mathématique du débit en fonction de la hauteur de lame mesurée, ce calcul étant pré-programmé dans la mémoire de l’électronique. Dans le cas de dispositifs différents, une courbe de linéarisation hauteur de lame-débit pourra être programmée, pour autant qu’elle soit connue. Les sorties spécifiques peuvent afficher la hauteur de lame, le débit instantané et la valeur du totalisateur interne, avec sortie analogique proportionnelle à la hauteur de lame ou au débit instantané, relais d’alarme, relais contacts secs pour totalisation extérieure et échantillonneur (sur la base du temps ou du débit totalisé).
En raison de ses caractéristiques et de sa capacité à corriger certaines grandeurs d’influence, des possibilités d’exploitation du programmateur, des paramètres d’aide à l’étalonnage, de son auto-adaptabilité, de l’originalité et des performances des algorithmes de traitement de signal, le système MultiRanger Plus permet non seulement de caractériser et de visualiser le processus dans lequel il est installé, mais il contribue à parfaire, voire même à simplifier, son automatisation. De par ses caractéristiques fonctionnelles, décrites ci-avant, il offre aux industries de l’eau l’avantage de disposer d’un unique système leur permettant de résoudre la plupart des applications directement liées à la mesure de niveau et qu’il peut standardiser, ce qui lui facilite la gestion de son parc de capteurs. Une même unité peut ainsi, par exemple, être retirée d’une installation obsolète, et être réutilisée sur un autre site, après programmation judicieuse.
