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Capteurs instables et boucles de contrôle

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L'écrasement il y a quelques mois d'un Boeing 737 Max d'Ethiopian Airlines, qui a coûté la vie à tous les passagers et membres d'équipage, semble avoir été provoqué par la combinaison d'un capteur d'angle d'attaque qui envoyait un signal incorrect et d'un logiciel de contrôle qui réagissait à ce signal, ne permettant pas au pilote de l'annuler. Des milliers de capteurs et de boucles de contrôle sont installés dans toutes les usines de pâtes et papiers et des combinaisons similaires de capteurs défectueux et de réactions de contrôle peuvent souvent se produire dans le processus de fabrication, avec des conséquences heureusement moins dramatiques que celles de l'écrasement du Boeing 737 Max d'Ethiopian Airlines.

Un type commun de capteur pouvant envoyer un faux signal est un pH-mètre. Non seulement ce type de capteur a tendance à causer une dérive du pH avec le temps, mais il donne une lecture erronée si un dépôt se forme à la surface du capteur, et il peut être difficile d'enlever le dépôt. Certaines usines installent un deuxième pH-mètre au même endroit pour transmettre un signal auxiliaire, mais si les conditions chimiques sont favorables à la formation de dépôts, les deux capteurs seront affectés. Si une boucle de contrôle est en place pour contrôler le pH à une valeur constante à l'aide d'un ajout d'acide ou d'alcali, non seulement une procédure devrait être en place pour la maintenance et l'étalonnage réguliers descapteurs, mais une alarme devrait aussi être en place et se déclencher si la valeur du pH ou le taux d'addition d'acide ou d'alcali sort de la plage normale.

Un autre type de capteur souvent négligé dans une usine de papier est le débitmètre à effet Venturi. Très simple en principe, la lecture dépend de la différence de pression avant et après une restriction, mesurée comme la différence de hauteur d'une colonne d'eau raccordée au débitmètre. Avec le temps, en raison de conditions changeantes telles que l'érosion, les dépôts et les bulles d'air dans la colonne d'eau, ces valeurs peuvent devenir inexactes. Dans une usine de papier, j'ai essayé de cartographier le flux de vapeur autour de l'usine, et les chiffres de tous les débitmètres ne correspondaient jamais parfaitement au débit du collecteur principal. Je devais y aller et trouver les débitmètres qui semblaient être les plus erronés. Parfois, je pouvais corriger la lecture en purgeant les bulles d'air. D'autres capteurs étaient complètement déconnectés, ou je découvrais une fuite de vapeur à l'origine du problème. Les débitmètres de vapeur ne demandent pas beaucoup d'entretien, car la vapeur est généralement utilisée comme variable de contrôle de la température et les boucles de contrôle ne tiennent généralement pas compte de la valeur absolue du débit de vapeur. Toutefois, si vous essayez d'améliorer l'efficacité énergétique de votre entreprise, il sera difficile de gérer ce que vous ne pouvez pas mesurer avec précision.

Une solution aux signaux de capteurs défaillants qui peut empêcher une boucle de contrôle de réagir de manière excessive consiste à générer un capteur logiciel. Il s'agit d'un signal qui simule la valeur du capteur (telle qu'une valeur de pH) en fonction d'une combinaison de valeurs associées (telles que des débits d'alcali ou de pâte). Si le capteur logiciel et le capteur physique sont en désaccord, vous savez qu'il est temps de vérifier votre capteur pour l'étalonnage, la maintenance ou la réparation. Entre-temps, la boucle de contrôle peut suivre le capteur logiciel au lieu du signal qui fait défaut, empêchant ainsi un «crash» du système. Ce type d'approche est peut-être également possible pour le problème des boucles de contrôle de Boeing !


 Martin Fairbank a travaillé dans le domaine de la foresterie pendant 31 ans, y compris de nombreuses années pour un producteur de pâtes et papier et deux ans avec Ressources Naturelles Canada. Détenteur d'un PhD en chimie et d'une expérience en amélioration de procédés, développement de produits, gestion d'énergie et de production rentable, Martin est actuellement un conseiller indépendant basé à Montréal. Il est également écrivain et a publié récemment Resolute Roots qui relate les 200 ans d'histoire de la compagnie Produits forestiers Résolu et de ses prédécesseurs.

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Martin Fairbank Consulting

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