Brevet FR2085259A1 — publié le 19711224

La présente invention concerne un dispositif, inclus dans un système de commande constitué par un organe de commande donneur ordres et par au moins un organe récepteur, permettant de transmettre un ordre déterminé avec précision, même en cas de défaut de l'organe de commande. L'invention concerne plus précisément un dispositif de sécurité pour transmettre les valeurs d'une variable d'un calculateur à un appareil de régulation, dans des conditions de service normal et, en cas de défaut sur le calculateur, avec une précision et pendant un temps déterminés. Des installations industrielles, constituées par exemple par des ateliers de fabrication de produits chimiques,peuvent entre avantageusement conduites et contrtlées par un organe de commande, en l'espèce un calculateur,qui transmet des ordres à des récepteurs tels que des appareils de régulation constitués par exemple par des régulateurs, des positionneurs etc. Ceux-ci agissent sur les moteurs, les vannes, les dispositifs de sécurité de l'installation etc. , en fonction d'un programme préalablement établi. On peut ainsi commander et contrôler une installation et mÉme tendre à rendre optimum son fonctionnement en fonction de paraètres prédéterminés. Cependant il arrive qu'en cas de défaut sur le calculateur, défaut dont l'origine peut être quelconque, (y compris la rupture d'un fusible d'alimentation), le calculateur transmette aux appareils de régulation des ordres aberrants ou cesse de transmettre ces ordres et introduise ainsi des erreurs pouvant atteindre 100 % ae l'échelle des organes de régulation. On sait limiter la durée pendant laquelle ces ordres aberrants sont transmis, mais on ne sait pas les retenir totalement, ni éviter leurs effets, I1 est alors évident que les conséquences d'un défaut, à l'origine mineur, peuvent être extrêmement graves, notamment sur les plans de la production et de la sécurité. En cas de défaut sur le calculateur, le personnel de surveillance est immédiatement alerté, mais un délai relatiîement important lui est nécessaire pour reprendre le contré manuel de liinstallation. Cette reprise de contre peut être rendue très délicate, voire impossible si, dans l'intervalle, des informations erronées ont été transmises par le calculateur et ont perturbé le fonctionnement normal de l'installation. Le but de IVinvention est de transmettre les valeurs dtune variable d'un organe de commande donneur d'ordres à au moins un organe récepteur, dans des conditions de service normales et, en cas ce défaut de l'organe de commande, de transmettre pendant un temps déterminé une valeur de cette variable sensiblement égale à celle existant ayant l'apparition du défaut. L'objet de l'invention est un dispositif inclus dans un système de commande constitué par un organe de commande donneur d'ordres et par au moins un organe récepteur, dispositif qui transmet un ordre déterminé avec précision, mbae en as de défaut de l'organe de commande et qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur. La présente invention, à la réalisation de laquelle a participé Monsieur Constantin TROFItIOFF, concerne un dispositif de mise en mémoire d'un signal dans un système de commande, évitant l'incidence de l'apparition d'un défaut dans ce système, comprenant un organe électrique donneur d'ordres et au moins un organe électrique récepteur.Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison entre l'organe donneur d'ordres et chaque organe récepteur a) une liaison directe, b) une seconde liaison, comportant un dispositif suiveur avec filtrage et un contact permettant à ce dispositif de fonctionner en dispositif à mémoire, c) un relais dont la bobine est excitée par la fermeture d'un contact entrant en action lors de I'apparition d'un défaut de l'organe donneur d'ordres et qui commande simultanément un inverseur commutant la liaison vers l'organe récepteur depuis l'organe donneur d'ordres sur la sortie du dispositif à mémoire, ainsi que l'ouverture da contact de la seconde liaison. L'invention sera mieux comprise > " aide des figures ci-jointes qui illustrent schématiquement, sans échelle déterminée et à titre d'exemple, un mcde de réalisation particulier. La figure 1 est le schéma fonctionnel d'un système de commande Équipé du dispositif selon l'invention. La figure 2 est le schéma électrique d'un dispositif selon l'invention associé à un régulateur. La figure 3 représente des courbe du signal de sortie données par des dispositifs de filtrage en réponse à une variation en échelon du signal d'entrée. Le dispositif selon l'invention est constitué schématiquement par les organes représentés figure 1 à l'intérieur du cadre en traits mixtes. Il est relié d'une part à un organe de commande, par exemple un calculateur (1) par une entrée analogique (12) et d'autre part à un appareil récepteur, par exemple un régulateur (2). Ce dernier commande un organe de réglage (3), par exemple une vanne. Le dispositif de sécurité comporte deux liaisons disposées en parallèle entre le calculateur (1) et le régulateur (2) : d'une part, une liaison directe (4) maintenue fermée en service normal par inverseur (5) d'autre part, une seconde liaison (6) comprenant deux étages successifs d'amplification (7) et (8) reliés par un contact (9) fermé en fonctionnement nor mal. Cette liaison (6) comporte des organes qui assurent les fonctions de filtrage et de suiveur en service normal et de mémoire en cas de défaut du calculateur. Le contact (9) et l'inverseur (5) sont commandés par le relais (1û) dont la bobine est excitée par le contact (11) qui se ferme lorsqu'un défaut apparatt sur le calculateur. Le dispositif représenté figure 2, qui commande le régulateur (2), constitue une mise en oeuvre préférentielle du dispositif schématisé figure 1. On y retrouve la liaison directe (4) et la seconde liaison (6). Celle-ci comporte deux amplificateurs A1 et A2 qui sont généralement des amplificateurs opérationnels. Un premier étage d'amplification comporte 1 amplificateur A1 monté en différentiel. Le gain en boucle fermée de cet amplificateur est généralement supérieur à 50 et de préférence supérieur à 100. Ce gain est défini par les résistances R4 et R5. Le signal d'entrée provenant du calculateur (1) est reçu sur l'entrée négative de l'amplificateur et la sortie est reliée à la résistance d'entrée R3 de l'amplificateur A2 par l'intermédiaire d'un pont diviseur. Ce pont peut entre constitué par exemple de deux résistances telles que R1 et R2, qui assurent une division du signal de sortie de l'amplificateur A1, généralement comprise entre 20 et 5oye. Le deuxième étage, formant dispositif à mémoire, est constitué par l'amplificateur A2 monté en intégrateur2 avec une résistance d'entrée R3 et une capacité C dont la valeur est généralement comprise entre 0,4 et 20 pF. La sortie de l:amplificateur A2 est reliée d'une part à 1 entrée positive de l'amplificateur A1 par 1 intermédiairc de résistances R4 et R'5 déterminées de façon à créer une contre-réaction totale et d'autre part à une borne de ltinverseur (5). Généralement R4 = R'4 et R5 = R'5. L'entrée positive de lramplificateur A2 est reliée au potentiel de référence. Un contact (9), dont la position est commandée par la bobine du relais (10), est disposé entre la résistance R3 et l'amplificateur A2. Le dispositif décrit fonctionne de la manière suivante. En service normal, il transmet directement sur le circuit de consigne externe du régulateur, par le circuit (4) et l'inverseur (5), les ordres reçus du calculateur (1), sous forme d'une variable analogique qui peut être un courant ou une tension. La régulation est effectuée d'une manière classique : la tension UE aux bornes de la résistance R C de ce circuit de consigne est comparée à la tension aux bornes de la résistance I1, du circuit de mesure, lequcl est relié à un transmetteur (13). La différencc entre ces deux tensions est envoyée directement au régulateur, qui l'utilise pour l'élaboration du signal de sortie. Ce même signal UE est transmis simultanément à la seconde liaison (6). L'amplificateur A reçoit donc le signal d'entrée UE et le com pare au signal de sortie US de l'amplificateur A2. L'amplificateur A ,étant 2 monté en aieférerltil, fournit un signal de sortie amplifié prOportionnel à la différence UE-Us. Ensemble est déterminé pour que,en service normal, la différence UE-Us soit sensiblement nulle. L'ensemble constitué par les deux étages d'amplification fonctionne alors en dispositif suiveur, c'est-à-dire que le signal de sortie du dispositif est égal au signal d'entrée fourni par le calculateur. En cas d'apparition d'un défaut sur le calculateur (1) le contact (11), commandé par l'apparition du défaut, se ferme et la bobine du relais (10) est excitée. Elle commande alors simultanément l'ouverture du contact (9) et le basculement de l:inverseur (5). Le régulateur (2) et le deuxième étage d'amplification sont ainsi isolés du calculateur en défaut et reliés entre eux. Le régulateur ne peut plus recevoir d'information erronée, il re çoit les informations mises en mémoire par la capacité C sous forme de tensions correspondant à celles existant juste avant l apparition du défaut. Ces informations demeurent aussi voisines que désiré de celles fournies par le calculateur avant l'apparition du défaut. En effet, le déclenchement du contact de défaut n1 a pas lieu simultanément à 1 apparition du défaut, mais avec un retard qui peut être de l'ordre de la seconde. Dans cet intervalle de temps, le calculateur peut transmettre un signal erroné dont l'erreur peut atteindra 100 % de l'échelle à l'entrée du dispositif. Le dispositif de filtrage, constitué parles organes disposés sur la ligne 6, a pour effet de limiter dans le temps les variations du signal de sortie correspondant à une variation du signal d'entrée. On peut choisir un taux de variation maximum du signal de sortie par unité de temps. Par exemple, le dispositif de filtrage peut permettre une variation du signal de sortie limitée à 1 % par seconde. Dans ce cas, une seconde après l'apparition du défaut, le signal d'entrée étant erroné de 100 %, le signal de sortie après filtrage ne présente qu'un écart maximum de 1 % par rapport au signal de sortie qui aurait été reçu si le défaut n'avait pas existé. Si on se réfère à la figure 3 qui représente les courbes de variation du signal d'entrée UE et du signal de sortie Us en fonction du temps, on voit qu'en marchc normale le signal de sortie UsO correspond au signal d' entrée UEo. A l'instant t apparat un défaut sur le calculateur et le si o gnal UEo prend aussittt une valeur erronée UE1. Le dispositif de filtrage li- mite alors les variations du signal de sortie à une vitesse égale ou inférieure au taux choisi, par exemple à 1 Généralement le filtrage est exponentiel et le signal de sortie US varie selon une courbe (A). Mais on n'atteint la tension finale Us1 qu' après un temps considérable. Pour réduire ce temps, on utilise de préférence un dispositif à filtrage linéaire (cf. la courbe B), qui présente en outre l'avantage de filtrer tous les bruits de manière identique, quelle que soit leur amplitude. Ce dispositif de filtrage est constitué par la combinaison par- ticulière des deux étages d'amplification de la ligne (6). Le signal UE-Us est amplifié pour obtenir la saturation de l'amplificateur A1, puis divisé pour obtenir une tension intermédiaire réduite Ui et diminuer le signal de sortie.L'amplificateur A2, étant monté en intégrateur, donne une tension de sortie US qui croit ou décroît linéairement selon le sens de variation de UE, -U. jusqu'à ce que U8 - E On préfère en outre améliorer le filtrage autour du point d'équilibre, pour lequel US = UEs en définissant une zone limitée de filtrage expo nentiel, dont l'étendue est par exemple égale à 2 % de la valeur maximum de Us. Dans ce but, on abaisse le gain de l'amplificateur A1 à des valeurs inféricures à 500 et de préférence inférieures à 300, par un choix convenable de la valeur des résistances R4 et R5. L'amplificateur A1 n'est alors pas saturé dans cette zone limitée et le deuxième étage se comporte comme un filtre exponentiel ayant sensiblement pour constante de temps R3C. Le dispositif à mémoire reçoit ainsi un signal aussi voisin que désiré du signal fourni par le calculateur avant l'apparition du défaut. Ce signal peut entre conservé en mémoire aussi longtemps et aussi fidèlement que désiré. I1 suffit de limiter la dérive de la mémoire par un choix convenable des caractéristiqucs de la capacité Cet de l:amplificateur A2.Pour cela il est avantageux que la capacité présente une résistance de fuite très élevée et que l'amplificateur présente une résistance d'entrée élevée, le plus souvent supérieure à 107 , ainsi qu'un courant d'entréc très faible, généralement inférieur à 100 x 10 A. La dérive de la mémoire pouvant être limitée, par exemple à 2 par heure, le conducteur de l'installation a le temps de commuter les régulateurs en mode dc fonctionnement interne, en cas de défaut, dans la demi-heure qui suit ce dernier et de ce fait, dans de telles conditions, l-erreur sur l'ordre transmis ne dépasserait pas 1 % par dem i-heure. Le dispositif selon l'invention présente ainsi de nombreux avantages. I1 peut être réalisé sur une plaquettc à circuits imprimés de faible encombrement, par exemple inférieur à 10 x 6 cm ct être aisément incorporé à l'organe récepteur. La liaison directe (4) entre l'organe de commande et l'or- gane récepteur étant dépourvue d'organe de filtrage permet, en service normal, de transmettre des informations instantanémcnt. La transmission de ces infor mations nsest nullement affectée par sone panne éventuelle survenant à l'un quelconque des appareils de la ligne (6).Par ailleurs, en cas de panne de l'organe de commande, le deuxième étage d'amplificateur permet, gracie à une faible dérive, de conserver avec une précision et pendant une durée détermi- née, une information préalablement filtrée, donc à l'origine exacte, puisqu' issue de l'organe de commande avant la panne. En outre le filtrage permet une grande vitesse de réponse pour de faibles variations d'amplitude de l'ordre transmis par le calculateur. Ce dispositif permet encore d'améliorer aisément et sensiblement le filtrage dans la zone du point d'équilibre. Ce dispositif nc met en oeuvre qu'un matériel de qualité courante et ne nécessite sur le calculateur zone sortie analogique par organe de régulation et qu'un seul contact général de défaut pour l'ensemble de l'installation. On peut citer à titre d'exemple le dispositif suivant EXEMPLE Un dispositif, dont le schéma électrique est représenté figure 2, relie l'interface d'un calculateur numérique à un régulateur électronique type P.I.D. (Proportionnel, Intégral, Dérivé), qui commande la manoeuvre d'un positionneur de vanne. Ce dispositif comprend, outre une liaison directe (4), une seconde liaison (6) qui comporte les appareils suivants a) un amplificateur opêrationncl A1, alimenté en + 15 volts, monté cn différentiel en vue a'amplifier le signal U-Uo avec un gain de 150.Le RA et R5 gain est défini par les résistancesqûi valent respectivement : R k R' ) 4 4 = 10 000#. et R5 (= R'5) = 6/#. b) un pont diviseur, constituant la charge principale de l'amplifi- catcur A1, composé de deux résistances R1 = 3 300# et R2 = 11 c) un étage intégrateur comportant un amplificateur opérationel h2t alimenté en + 15 volts, dont l'impédance d'entrée est égale à 10 11# et le courant d'entrée inférieur à 30 pA. Il est monté en intégrateur avec une résistance d'entrée R3 = 0,5 x 10 n et une capacité C en plastique métallisé de 2 F, d) un relais du type "Reed" sec. La constante de temps du 2ème étage est égale à R3 x C = 1 seconde. L'échelle du point de consigne du régulateur est comprise entre UEo = 1 volt et UEl = 5 volts. Avec ce montage, la dérive du dispositif de mémoire est inférieure à 0,6 % par heure, quelles que soient les conditions d'environnement (température comprise entre 10 et 400 C et taux d'humidité compris entre 60 et 100 %). A l'entrée du premier étage, un signal erroné de 100 % de l'échelle du point de consigne pendant une seconde introduit une erreur de sortie inférieure à 1 %. En remplaçant la capacité de 2 Ld par une capacité de 10 F , la dérive est inférieure à 0t2 % par heure. Bien que le dispositif selon l'invention ait été décrit dans le cas d'un calculateur donnant des ordres à un régulateur, il est évident qu'il peut faire l'objet de divcrses variantes de réalisation à la portée du technicien et qu'il peut être aisément adapté à de nombreuses applications. Par exemple on peut adapter ce dispositif pour commander directement un positionneur de vanne à partir d'un calculateur sans utiliser de régulateur. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de mise en mémoire d'un signal dans wu système de commande, évitant l'incidence de l'apparition d'un défaut dans ce système, comprenant un organe électrique donneur d'ordres et au moins un organe électrique récepteur, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison entre l'organe donneur d'ordres et chaque organe récepteur :: a) une liaison directe, b) une seconde liaison, comportent un dispositif suiveur avec filtrage et un contact permettant à ce dispositif de fonctionner en dispositif a mémoire, c) un relais dont la bobine est excitée par la fermeture d'un contact entrant en action lors de l'apparition dun défaut de l'organe donneur d'ordres et qui commande simultanément un inverseur commutants liaison vers l'organe récepteur depuis l'organe donneur ordres sur-la sortie du dispositif à mémoire, ainsi que I'ouver-Lure du contact de la seconde liaison. 2 - Dispositif selon la revendication 1, dans un système de commande constitué par un calculateur et par au moins un appareil de régulation, caractérisé en ce que la seconde liaison est constituée d'une part par un premier étage comportant un amplificateur monté en différentiel entre la sortie du calculateur et la sortie de la seconde liaison avec un gain en boucle fermée supérieur à 50, dont entrée négativc est reliée au calculateur et dont la sortie est reliée à un pont diviseur assurant une division comprise entre 20 ct 500 et d'autre part, relié au pont diviscur, un second étage comportant un amplificateur monté en intégrateur formant dispositif à mémoire, la sortie dudit amplificateur étant reliée à l'entrée positive du premier amplificateur par 1 intermédiaire d'un circuit résistant assurant une contre réaction totale du premier étage d'amplification et par un contact disposé entre le second amplificateur et sa résistance d'entrée. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gain en boucle fermée du premier amplificateur est compris entre 50 et soe et de préférence entre 100 et 300. 4 - Appareil de régulation équipé du dispositif selon l'une quelconque des trois revendications précédentes.