Brevet FR2034247A1 — publié le 19701211

20342b7 L'invention se rapporte à un ensemble de régulation thermique de fours électriques et plus spécialement de fours tubulaires utilisés dans l'industrie textile pour le traitement thermique en continu de fibres synthétiques filées. 5 On sait que de tels fours à un stade donné d'un processus de production sont rassemblés en grand nontore (une ou plusieurs centaines par exemple) dans un espace réduit et qu'ils doivent être individuellement régulés de manière que, malgré les variations inévitables de leurs environnements respectifs, la température de chacun d'eux demeure égale à une 10 température de consigne commune* Les impératifs qui déterminent la construction d'un tel ensemble de régulation thermique sont divers et notamment : - le prix de chaque élément régulateur du fait du grand nombre d'éléments nécessaires, 15 - l'indépendance fonctionnelle des éléments régulateurs malgré leur rapprochement dans l'espace, - la précision de chaque régulation effectivement réalisée, - la sécurité de l'installation au cas où l'un des éléments régulateurs serait défectueux. 20 Divers ensentoles de régulation de fours pour l'industrie textile existent sur le marché mais ils ne sont généralement conformes qu'à quelques-uns et non pas à la totalité des impératifs ci-dessus. Ces ensembles de régulation connus sont de deux types : à éléments régulateurs à fonctionnement cyclique ou à fonctionnement permanent. 25 Dans le cas d'un ensemble formé d'éléments régulateurs à fonction nement permanent, un tel ensemble comprend une unité centrale qui fournit la température de consigne comaune et les alimentations électriques nécessaires aux différents éléments régulateurs, lesquels comportent chacun une sonde thermométrique associée à une boucle d'asservissement. Une telle boucle com- 30 prend un comparateur d'amplitude recevant le signal de consigne commune et le signal de mesure et un amplificateur dont le signal de sortie commande suivant son amplitude la fermeture ou l'ouverture d'un interrupteur, un thyristor par exemple, disposé en série avec la résistance de chauffage du four. 69 05684 2 2034247 L'objet de l'invention est de perfectionner un tel ensemble de manière que celui-ci satisfasse en même temps les quatre impératifs ci-dessus. Selon l'invention, un ensemble de régulation thermique d'une pluralité de fours électriques du genre comprenant une unité centrale de commande 5 et de surveillance et une pluralité d'éléments régulateurs respectivement affectés auxdits fours et comportant chacun une sonde thermométrique associée à une boucle d'asservissement de la température du four correspondant, un signal de consigne commun étant adressé à chaque élément régulateur à partir d'une unité centrale, le signal d'erreur amplifié apparaissant dans la boucle 10 d'asservissement de chaque élément régulateur est dérivé vers un circuit de sécurité, un circuit d'inhibition maintenant inopérant ledit circuit de sécurité pendant la phase de montée en température de la totalité des fours, ledit circuit de sécurité passant en état d'alarme aussitôt que l'amplitude absolue dudit signal d'erreur dépasse au moins une fois un certain seuil, 15 ledit état d'alarme se traduisant par la coupure du circuit de chauffage du four intéressé et par une signalisation à la fois dans l'élément régulateur et dans l'unité centrale. Grâce à cette disposition, toute anomalie de fonctionnement d'un élément régulateur qui apparaîtrait après, la montée en température d'un four 20 et se traduirait par un écart dans un sens ou dans l'autre de la température réelle dudit four par rapport à la température de consigne, est immédiatement signalée dans l'unité centrale et sur ledit élément, de sorte que l'opérateur peut rapidement détecter l'élément régulateur déficient et le remplacer par un nouveau. 25 Selon une autre caractéristique de l'invention, un ensemble de régulation thermique d'une pluralité de fours électriques du genre comprenant une unité centrale de commande et de surveillance et une pluralité d'éléments régulateurs respectivement affectés auxdits fours et comportant chacun une sonde thermométrique à résistance associée à une boucle d'asservissement 30 incorporant au moins un interrupteur semi-conducteur à fonctionnement déclenché, un signal de consigne commun étant adressé à chaque élément régulateur à partir d'un potentiomètre situé dans l'unité centrale est caractérisé en ce que ledit potentiomètre et lesdites sondes therraométriques sont alimentés par une source délivrant des impulsions synchrones des zéros du secteur 35 alternatif alimentant la résistance de chauffage du four. 69 05684 3 2034247 Grâce à cette disposition, deux résultats particulièrement intéressants sont simultanément obtenus. Tout d'abord la différence entre les signaux de consigne et de mesure apparaissant en synchronisme avec les zéros du secteur, l'interrupteur semi-conducteur à fonctionnement déclenché (thyristor 5 ou triac) est déclenché par des impulsions au début des alternances de courant de chauffage ce qui évite la production d'appels de courant de chauffage de grande amplitude dont le rayonnement pourrait être cause de fonctionnements intempestifs des éléments régulateurs voisins. Ensuite avec un tel type d'alimentation, les résistances thermo-10 sensibles des sondes de mesure peuvent être parcourues par un courant instantané plusieurs fois supérieur au courant permanent autorisé qui correspond à l'échauffement maximal par effet Joule de la sonde. De la sorte, le rapport signal sur bruit de la sonde est jusqu'à cinq fois supérieur au rapport habituellement obtenu, la sensibilité de la 15 mesure et donc la précision finale de l'asservissement étant améliorées d'autant. Selon une autre caractéristique complémentaire de l'invention, les impulsions fournies par la source d'alimentation sont alternativement positives et négatives et le détecteur de dépassement de seuil du circuit 20 de sécurité de chaque élément régulateur comporte un seuil de polarité ionique et un dispositif temporisé de retour au repos. Grâce, à cette disposition, la réalisation du circuit de sécurité d'un élément régulateur dont le pont de mesure est alimenté par des impulsions est notablement simplifiée. 25 Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique est le schéma de l'ensemble de régulation. Selon la figure, l'unité centrale représentée par un cadre en 30 pointillé référencé U.C. comprend en plus des composants habituels non représentés (transformateurs, alimentations, fusibles) une source d'alimentation puisée 10 dont les entrées 12 sont reliées aux bornes A et B du secteur alternatif et qui délivre sur sa borne de sortie 14 des impulsions alternativement positives et négatives d'amplitude et de largeur constantes 35 (2 ms par exemple) synchrones des zéros du secteur et respectivement en 69 05684 4 2034247 phase avec les alternances positives et négatives de celui-ci. La borne 14 est reliée à un potentiomètre l6 de réglage du point de consigne dont j..£ curseur 17 est solidaire d'un cadran l8 gradué suivant la plage des tenpc=» ratures à obtenir dans les fours. En outre, l'unité centrale comporte trois 5 voyants colorés différemment 20, 22, 24- qui sont respectivement destinés à indiquer que 1*ensemble de régulation est dans sa phase de Démarrage (soatfe en température), sa phase de Régulation ou dans un état d'Alarme. Un bouton poussoir 26 associé à un interrupteur 28 permet de mettre en route l'ensecale en appliquant un court instant une impulsion de déclenchement sur la borne 10 S d'une bascule bistable 30. L'ensemble de régulation comprend n éléments régulateurs identiques. Seuls le schéma complet du premier élément régulateur placé dans le cadre en pointillé ER^ et les circuits d'entrée du dernier élément régala» teur figuré dans le cadre en pointillé ER^ sont représentés. L'élément 15 régulateur ER^ comprend une sonde thermométrique 32^ constituée par une résistance stable en température 34-^ en série avec une résistance thermosca-sible 36^j lesdites résistances étant alimentées par les impulsions foarmes par la source 10 sur sa borne 14. Le curseur 17 du potentiomètre 16 d'affichage du point de consigne et le point commun 35 aux résistances 34 et 36 20 sont respectivement reliés aux deux entrées d'un Amplificateur Différentiel 38^ • Les signaux apparaissant sur la borne de sortie 39 de l'amplifis?.taïir> 38 sont appliqués à l'électrode de déclenchement 40 d'un thyristor de puissance 42 disposé en série avec la résistance de chauffage 44 d'un four, laquelle résistance est par ailleurs connectée à la borne A du secteur» La 25 borne 39 est également reliée à l'entrée d'un détecteur de franchissement de seuil à retour temporisé 46 dont le signal logique de sortie après inversion en 48 est appliqué à une des deux entrées d'une porte ET 50 et à la borne 51 de commande d'un indicateur lumineux 52. La sortie de la porte ET 50 est reliée à une des entrées d'une porte OU 54 suivie du circuit de commande 56 30 de la bobine 58 d'un relais électromagnétique inverseur 60 à deux groupes de contacts et K^. Dans le groupe K^, le contact Travail est relié à la borne B du secteur, le contact Repos est "en l'air" et la borne de sortie est reliée à la cathode du thyristor 42. Dans le groupe le contact Travail est relié à une ligne 62 de potentiel positif, le contact Repos est 35 mis à la masse et la borne de sortie est connectée à la seconde entrés de le. porte ET 50. BAD ORIGINAL 69 05684 5 2034247 Les portes OU 54^ ••• 54r respectivement situées dans les éléments régulateurs ER^ ••• ER^ comportent chacune une seconde entrée 53^ ••• 53nJ lesquelles secondes entrées sont toutes reliées par des conducteurs D. ... D à la sortie de la bascule bistable 30 située dans l'unité x n 5 centrale. Les sorties des circuits inverseurs 48, ... 48 sont respectivement 1 n reliées par des conducteurs R1 ... Rn aux n entrées d'une porte ET 64 dont la sortie est connectée à la borne de remise à zéro de la bascule 30 et à la borne de commande du voyant lumineux 22. Les sorties des circuits de comande 56^ ••• 5&n sont de œême respectivement reliées par des conducteurs 10 A, ... A aux n entrées d'une porte ET 66 dont la sortie est connectée à la ln — borne de commande du voyant lumineux 24. En pratique les portes ET 64 et ET 66 sont constituées par 2n diodes respectivement montées dans les n éléments régulateurs et reliées à deux conducteurs omnibus ramenés à l'unité centrale. 15 Lorsque l'ensemble de régulation ci-dessus est mis sous tension (par des moyens usuels non représentés) les fours étant à la température ambiante et le cadran 18 affichant un point de consigne nettement supérieur à la température ambiante, l'amplificateur différentiel 38 du premier élément régulateur travaille en saturation et fournit en 39 un signal puisé de 20 grande amplitude. Un tel signal devrait en principe déclencher le thyristor 42. En fait, le relais électromagnétique 60 étant au repos à l'instant de mise sous tension de l'ensemble, aucune puissance ne peut être appliquée à la résistance 44. De plus l'apparition sur la borne 39 d'un signal de grande amplitude fait passer le détecteur à seuil 46 à l'état 1, ce qui après inver-25 sion en 48, bloque de toute façon la porte ET 50 et donc ramènerait immédiatement au repos le circuit de commande 56 du relais 58, à supposer que celui-ci ait été par un moyen quelconque placé un court instant en état de travail. L'emploi d'un détecteur 46 à retour temporisé permet, malgré la constante de temps de décollage du relais 60, de ramener ledit relais au repos dès lors 30 que le signal puisé en 39 a dépassé une fois le seuil du détecteur 46. Dans ces conditions pour permettre à l'ensemble de fonctionner, l'opérateur appuie ion court instant sur le bouton de démarrage 26, ce qui par 28 applique une impulsion de déclenchement sur la borne S de la bascule bistable 30 qui passe à. l'état 1. Ceci a porr effet, d'une part de faire fonctionner (à tra-35 vers le circuit OU 54) le circuit, de coranande 56 du relais 58, lequel passe 69 05684 6 2034247 alors à l'état Travail et, d'autre part, d'allumer le voyant 20 indiquant que la montée en température des fours a démarré. En effet, à partir de cet instant les impulsions d'alimentation synchrones des zéros du secteur fournies par la source 10 au potentiomètre 5 de consigne 16 et aux sondes thermométriques 32 engendrent sur ce eurseur 17 et au point de liaison 35, des tensions brèves dont l'importante différence d'amplitude est amplifiée par l'amplificateur 38. Les impulsions apparaissant en 39 font à nouveau passer à l'état 1 le détecteur de seuil 46, ce qui maintient éteint le voyant lumineux 52 mais ne peut cependant 10 empêcher le circuit de commande 56 du relais 50 de fonctionner puisque la bascule 30 alimente en permanence ce circuit. Dans ces conditions, les impulsions positives synchrones des zéros du secteur apparaissant en 39 déclenchent le fonctionnement du thyristor 42 pendant toute la durée des alternances positives du secteur. 15 Ceci a pour effet de supprimer les appels de courant à chaque allumage du thyristor et par là d'assurer le fonctionnement indépendant des éléments régulateurs voisins. Dès que la température d'un four pénètre dans la plage de régulation de l'élément régulateur - laquelle plage est située de part et d'autre 20 de la température de consigne à une valeur fixée par le seuil du détecteur 46 - le détecteur 46 passe à l'état 0 et par suite de l"inversion en 48, le voyant lumineux 52 indiquant une régulation individuelle s'allume. A partir de cet instant l'élément régulateur associé asservit la température du four à la température de consigne- Lorsque tous les voyants lumineux 52 de 25 l'ensemble sont allumés, tous les fours sont asservis en température et cet état de choses est détecté par la porte ET 64. Le passage à l'état 1 de la porte ET 64 a pour effet d'une part de remettre à zéro la bascule 30, donc d'éteindre le voyant 20 et de rendre le circuit de commande 56 dépendant de la porte ET 50 et, d'autre part, d'allumer le voyant 22 indiquant un 30 état de Régulation générale c'est-à-dire qu'à partir de cet instant la température de tous les fours est régulée. Comme cela a dé,"à été dit, les sondes t-liermométriques étant alimentées par des impulsions de grande amplitude, la sensibilité desdites sondes et la précision de la régulation sont considérablement augmentées. En outre, 35 en utilisant un interrupteur rapide comme le thyristor, un tel asservissement ! iâD e: 69 05684 7 20342*7 par tout ou rien est en fait très proche d'un asservissement continu puisque le quantum d'énergie appliqué à chaque intervention est d'une alternance de courant. Lorsque pour une raison ou une autre le seuil imposé à l'amplitude 5 du signal en 39 est franchi, le détecteur 46 prend l'état 1, la porte ET 50 prend l'état 0, les voyants 52 et 22 s'éteignent, le circuit de commande 56 prend l'état 0, le relais 60 retourne au repos, la porte ET 66 détecte une alarme et fait allumer le voyant 24. Cet état d'alarme demeure, même si l'amplitude du signal d'erreur en 39 redevient et reste inférieure au seuil 10 du détecteur 46. En effet, le retour au repos du relais 60 applique une masse par le contact K^ sur la deuxième entrée de la porte ET 50 ce qui a pour effet d'interdire le fonctionnement du circuit de commande 56 et donc de couper définitivement le chauffage du four en question. On remarquera que du fait des polarités alternées des impulsions d'alimentation fournies par 15 la source 10, des signaux d'erreur positifs apparaissent en 29 quel que soit le signe du décalage entre les tensions en 35 et en 17. Dans le cas où ces impulsions positives sont synchrones des traversées de sens.croissant de l'axe de référence zéro du secteur, le thyristor 42 peut être déclenché, mais si elles sont synchrones des traversées de sens décroissant, le thyris-20 tor 42 ne réagit pas. Par contre, le détecteur de seuil 46 qui n'est pas sensible à la phase et ne possède qu'un seuil positif, réagit dans les deux cas, ce qui permet de détecter des décalages dans l'un ou l'autre sens. En coupant définitivement le chauffage du four sitôt que la température de celui-ci dépasse la température de consigne d'un certain seuil, 25 on fait en sorte que l'emballement de l'élément régulateur ne puisse provoquer la destruction du four correspondant. En prélevant les signaux individuels d'alarme à la sortie du circuit de commande de la bobine du relais, on englobe dans le contrôle de sécurité un maximum de composants, ce qui améliore la qualité de la surveil-30 lance ainsi exercée. Lorsque l'opérateur s'aperçoit que le voyant 24 est allumé, il recherche quel est l'élément régulateur dont le voyant 52 est éteint. Il procède alors au remplacement de l'élément régulateur défectueux par un élément en bon état prélevé au magasin. Ensuite il appuie sur le bouton 26, 35 ce qui a pour effet de remettre en position Travail le relais 60, de faire 69 05684 8 203424/ redémarrer le chauffage du four intéressé et d'allumer le voyant 20. lès qui la température de ce four pénètre à nouveau dans la plage de régulatic:^ voyant 20 s'éteint et le voyant 22 s'alluœs. On remarquera l'extrême simplicité des schémas employés par rep-5 port à la complexité relative des fonctions obtenues. Une telle simplicité a pour effet de diminuer considérablement le prix, à la fois d'un élément régulateur et celui de l'unité centrale. L'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif mais au contraire peut faire 10 l'objet de différentes variantes, c'est ainsi par exemple que l'on associera en un seul circuit complexe plusieurs des circuits logiques représentés. l?.zr ailleurs on pourra augmenter les possibilités de surveillance de l'installa» tion en lui adjoignant par exemple un dispositif automatique permettant û& tester enfonctionnement les éléments régulateurs. 15 Les revendications ci-après définissent la portée de l'invent5 BAD ORIGINAL 69 05684 9 2034247 REVMDICATIONS 1. Ensemble de régulation thermique d'une pluralité de fours électriques du genre comprenant une unité centrale de commande et de surveillance et une pluralité d'éléments régulateurs respectivement affectés auxdits fours et comportant chacun une sonde thermométrique associée à une boucle d'asservis- 5 sement de la température du four intéressé, un signal de consigne conraun étant adressé à chaque élément régulateur à partir de ladite unité centrale, caractérisé en ce que le signal d'erreur amplifié apparaissant dans la boucle d'asservissement de chaque élément régulateur est dérivé vers un circuit de sécurité, ion circuit d'inhibition maintenant inopérant ledit 10 circuit de sécurité pendant la phase de montée en température de la tota lité des fours, ledit circuit de sécurité passant en état d'alarme aussitôt que l'amplitude absolue dudit signal d'erreur dépasse au moins une fois un certain seuil, ledit état d'alarme se traduisant par la coupure du circuit de chauffage du four intéressé et par une signalisation à la fois dans 15 l'élément régulateur considéré et dans l'unité centrale. 2. Enses&le de régulation thermique de fours selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de sécurité comprend un détecteur de franchissement de seuil délivrant un signal logique qui, après passage dans un circuit inverseur, dans une porte ET à deux entrées, puis dans une porte 20 00, alimente le circuit de commande de la bobine d'un relais électromagné tique à deux groupes de contacts, un contact travail du premier groupe étant en série avec le circuit de chauffage du four et la sortie du second groupe étant reliée à la seconde entrée de ladite porte ET cependant que les contacts travail et repos dudit second groupe sont respectivement re-25 liés à un potentiel de signal 1 et à la masse et que ledit circuit OU reçoit de l'unité centrale un signal 1 d'entrée aussi longtemps que la totalité des fours n'a pas atteint la plage de régulation fixée par le seuil dudit détecteur. 3» Ensemble de régulation thermique selon la revendication 2, caractérisé en 30 ce que une entrée du circuit Gïï placé dans le circuit de sécurité de cha que élément régulateur est reliée à la sortie d'une bascule bistable située dans l'unité centrale, ladite bascule recevant une impulsion de basculement 69 05684 10 203«»247 à travers le contact d'un bouton de démarrage de chauffage et une impulsion de retour au repos, d'un circuit E3? dont les entrées sont respectivement reliées au circuit inverseur faisant suite au détecteur de dépassement de seuil monté dans chaque élément régulateur. 5 Ensemble de régulation selon la revendication caractérisé en ce que dans l'unité centrale un voyant Démarrage est alimenté par la sortie de la bascule bistable, un voyant Régulation générale alimenté par la sortie de la porte ESP et dans chaque élément régulateur un voyant Régulation individuelle alimenté par la sortie du circuit inverseur. 10 5. Ensemble de régulation selon la revendication 2, caractérisé en ce que la sortie du circuit de commande de la bobine du relais de chaque élément régulateur est reliée à une des entrées d'une porte ET dont la sortie commande l'allumage d'un voyant d'Alarme situé dans l'unité centrale. 6. Ensemble de régulation thermique d'une pluralité de fours électriques du 15 genre comprenant une unité centrale de conmande et de surveillance et une pluralité d'éléments régulateurs respectivement affectés auxdits fours et comportant chacun une sonde thermométrique à résistance associée à une boucle d'asservissement incorporant au moins un interrupteur semi-conducteur à fonctionnement déclenché pour la conmande du chauffage du four, un 20 signal de consigne commun étant adressé à chaque élément régulateur à partir d'un potentiomètre situé dans ladite unité centrale caractérisé en ce que ledit potentiomètre et lesdites sondes sont alimentés par une source délivrant des impulsions synchrones des zéros du secteur alternatif alimentant lesdits fours. 25 7« Ensemble de régulation thermique de fours selon les revendications 2 et 6 caractérisé en ce que les impulsions fournies par la source d'alimentation sont alternativement positives et négatives et que le détecteur de dépassement de seuil du circuit de sécurité comporte un seuil de polarité unique et un dispositif temporisé de retour au repos. BAD ORIGINAL