Brevet FR2161835A1 — publié le 19730713

La présente invention a trait à un système de régulation à plusieurs régimes commutables où chaque organe réglant peut dépendre de l'une quelconque au choix de plusieurs voies réglantes, savoir une voie de commande manuelle, une ou plusieurs voies de comnande purement analogique, éventuellement une un plueieurs voies de comande numérique. On sait que, dans un tel système, il est nécessaire de pouvoir passer sans à-coup sur la tension de sortie appliquée à l'organe réglant, du fonctionnement manuel par lequel ledit organe réglant oet sous la dépendance d'un opérateur, à un fonctionnement automatique, c'est-à-dire sous la dépendance d'un calculateur analogique ou numérique. On a déjà proposé plusieurs solutions pour assurer une telle commutation d'un régime à l'autre. Dans un premier système connu, dit de balayage, en fonctionnement manuel l'automatisme est bloqué à l'une des extrémités de l'étendue maximale de variation de son signal de sortie. Lorsque l'opérateur entreprend la commutation manuel-automatique, un organe interne fait que l'automatisme se met à balayer ladite étendue maximale du signal de sortie.A l'instant où le signal de sortie de l'automatisme passe par la valeur actuelle du signal donné par la commande manuelle, un organe à coSncidence opère la commutation; Un tel système fonctionne bien, mais il est affecté d'un certain retard dA au temps de balayage, entre l'instant d'émission dey'ordre et celui de l'exécution; de plus, il nécessite un détecteur d'écart, un relais à plusieurs contacts, un nombre relativement élevé de liaisons entre le poste de commande manuelle et celui de commande automatique. Dans un second système connu, dit à commutation capacitive, chaque voie réglante présente un tronc commun aux trois régimes, dont l'entrée est constituée par un amplificateur différentiel à une boucle de réaction, cet amplificateur différentiel est associé à un premier et à un second condensateurs de réaction, et des jeux de contacts de commutation sont agencés, d'une part pour que le premier condensateur soit utilisé en mémoire dans les régimes de commando manuelle et éventuellement de commande numérique, le second condensateur en intégrateur dans le régime de commande analogique, d'autre part pour que, dans chaque régime, le condensateur non utilisé se voit appliquer continuellement une tension le chargeant à une valeur qui permette à tout moment sa brusque mise en utilisation sans àcoup sur le signal de sortie de l'amplificateur. Un tel système s'est avéré délicat comme exigeant des précautions particulières de commutation des contacts; de plus, il nécessite lui aussi plusieurs contacts et il est mal adapté à une séparation géographique des commandes manuelle d'une part, automatiques (purement analogique et numérique) d'autre part. La présente invention a pour but de porter remède aux difficultés ou complexités des systèmes connus. A cette fin suivant l'invention, un système du type défini initialement se caractérise en ce qu'un commutateur manuel permet de commuter à volonté l'une quelconque de ces différentes voies réglantes à l'entrée inverse d'un tronc commun constitué par un amplificateur différentiel monté en suiveur, en ce que chacune des voies réglantes autres que celle de commande manuelle comporte, en amont d'un premier contact dudit commutateur, un amplificateur opérationnel intégrateur dont l'entrée de signal réglant, lorsque la voie considérée n'est pas au travail, est également connectée à la sortie d'un amplificateur différentiel de comparaison, dont l'entrée directe reçoit une fraction déterminée du signal de sortie dudit amplificateur opérationnel intégrateur et l'entrée inverse le signal de sortie dudit amplificateur commun suiveur, de façon que la tension de sortie dudit amplificateur intégrateur de chaque voie non au travail suive la tension de sortie de l'amplificateur commun suiveur. On voit que le système suivant l'invention présente, par rapport aux systèmes connus, des avantages se résumant en une meilleure précision des commutations. Avantageusement, ladite connexion de chaque voie réglante, autre que manuelle, entre la sortie dudit amplificateur différentiel de comparaison et l'entrée de signal réglant dudit amplificateur intégrateur est obtenue par un contact de travail d'un relais alimenté par un second contact dudit commutateur, chaque fois que la voie considérée n'est pas au travail. Il en résulte finalement que le système proposé présente aussi, par rapport aux systèmes connus, des avantages de simplicité, d'un moins grand nombre de liaisons (ici trois) entre poste de commande manuelle et poste de commande automatique, donc de séparation géographique aisée des postes de ces deux catégories. L'invention sera maintenant décrite sous forme d'un exemple de réalisation, à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la Figo 1 est un diagramme de blocs de l'organisation générale des chatnes de régulation utilisant le système suivant 11 invention; - la Fig. 2 est un schéma d'ensemble d'un système de régulation suivant l'invention. On se réfèrera maintenant aux dessins annexés et tout d'abord à la Fig. 1. Un système réglé 1, constitué par exemple par un générateur de vapeur, est doté d'un ensemble 2 de m organes de mesure ou capteurs, par exemple de la température de vapeur, du débit de vapeur, de la température des fumées, etc. Par diflérentes charnels réglantes vues plus loin, des signaux réglants sont dlaborés et finalement transmis, par l'intermédiaire d'une centrale de commutation 5, à un ensemble 6 de n organes réglants agissant sur le système réglé 1, pour régler par exemple le débit d'eau d'alimentation, le débit d'injection d'eau de surchauff , le débit de combustible, le débit d'air, etc. Parmi les différentes channes réglantes peut exister notamiient une voie numérique 10 conçue de la façon suivante. Les m signaux analogiques des capteurs de l'ensemble 3 sont reçus par un échantil lonneuranalogique 11, suivi d'un convertisseur analogique-numérique 12, donnant en sortie des signaux numériques de mesure correspondant aux précédente. Un calculateur numérique 13, dont le programme comporte un algorithme de régulation, met ces signaux numériques de mesure en mémoire et les utilise au fur et à mesure de ses besoinspour élaborer de façon séquentielle n signaux numériques réglants constitués chacun par un signal de valeur et de signe d'une part, par un signal d'adresse identifiant la voie réglante correspondante parmin d'autre part.Dans le cas de commande dite en mode incrémental, lesdits signaux réglants sont d'abord transmis à des mémoires analogiques intermédiaires 16, puis de là,à la centrale de commutation 5, Dans le cas de commande dite en mode absolu, les signaux réglants sont transmis directement à des mémoires 303 de commande manuelle vues plus loin (flèches en traits interrompus). En second lieu, un ensemble 20 de p voies réglantes 201-20 , purement analogiques, utilisent chacune un signal de mesure analogique fourni par un des capteurs de l'ensemble 3, ainsi qu'un signal de consigne, pour élaborer des signaux réglants analogiques,transmis finalement par l'intermédiaire de la centrale 5 à p organes réglants de l'ensemble 6, par exemple en utilisant la mesure de la température de vapeur pour régler le débit d1 injection d'eau de surchauffe.On peut également faire en sorte qu'au moins eertailu des organes de l'ensemble 6 puissent titre réglés chacun par l'une ou l'autre de plusieurs voies purement analogiques En troisième lieu, un ensemble 30 de q voies réglantes 301-30, purement manuelles (voir surtout la Fig. 2) comportant chacune, et par exemple 301 deux contacteurs 301, 301' connectés d'une part à deux sources de tension +Vm, Vm respectivement et susceptibles d'être connectées d'autre part, par l'intermédiaire d'une résistance commune 302, à un condensateur de mémoire 303. Les contacteurs 301, 301' sont pourvus chacun d'un poussoir revenant de lui-meme au repos.En cas de besoin, un opérateur peut fermer l'un ou l'autre des contacteurs 301, 301' durant un temps t, de façon qu'un courant I, dont le sens dépend du contacteur choisi, charge (ou décharge) le condensateur 303 de l'incrément voulu Q = It. En se reportant maintenant à la Fig. 2, on suppose qu'un organe déterminé réglant de l'ensemble 6 (Fig. 1) puisse être placé sous la dépendance de l'une au choix de plusieurs voies réglantes, savoir une de commande numérique I, au moins une de commande pure-ment analogique II et une de commande manuelle III. Ces différentes voies ont en commun un amplificateur différentiel 41, dont l'entrée inverse reçoit le signal réglant venu de la voie choisie et qui est monté en suiveur, en ce sens que son entrée directe et sa sortie sont directement connectées entre elles. La tension de sortie de cet amplificateur convertie en courant par un élément 42, qui peut être par exemple un transistor, se retrouve aux bornes d'une résistance 43, connectée entre la sortie du conter- tisseur tension-courant 42 et la masse. Une voie de commande purement analogique II se termine, dans l'exemple représenté, par un amplificateur opérationnel intégrateur 201, donc pourvu d'un condensateur de contre-réaction 202, entre sa sortie et son entrée de signal réglant VeII, cette entrée étant pourvue d'une résistance 203. La meme entrée de signal réglant est susceptible dtêtre-connectée à la sortie d'un amplificateur 206 par l'ensemble en série d'une résistance 204 et d'un contact de travail 205 d'un relais, dont l'enroulement 200 est lui-meme susceptible d'être alimenté par une source de tension V , dont le pôle moins, par exemple, est à la masse. L'amplificateur 206 est un amplificateur opérationnel de compt- raison à entrées différentielles, à faible tension de décalage d'entrée, ou comportant un dispositif en lui-même connu permettant d'annuler ce décalage. A l'entrée directe de cet amplificateur 206 est appliquée une fraction déterminée de la tension de sortie V511 de l'amplificateur 201, gracie à un diviseur de tension 207, 207' et à l'entrée inverse du même amplificateur, la tension de sortie V de l'amplificateur 41, par l'intermédiaire d'une résistance 208; s cette entrée inverse de l'amplificateur 206 est, d'autre part, connectée à la sortie de celui-ci par une résistance 209; le gain de l'amplificateur 206, déterminé par le rapport des valeurs ohmiques de ces deux dernières résistances, ctest-à-dire R209 : R208 est élevé. Le mode de fonctionnement du système décrit jusqu'ici, ne comportant donc qu'une voie réglante analogique p et une voie réglante manuelle III, est le suivant. On suppose que l'on soit tout d'abord en commande manuelle (voie réglante III). Le commutateur 50 a alors ses deux contacts 51, 52 en position III. Le contact 51III a pour effet de faire aboutir la voie réglante ni à l'amplificateur 41, le contact 52III de faire alimenter la bobine de relais 200, en sorte que le contact 205 est fermé (la diode 210 pour l'instant n'est pas indispensable). Dans ces conditions, stil apparat un écart entre les tensions V et V8II de sortie de 41 et de sortie de 201 respectivement, la s tension développée par l'amplificateur 206 en fonction de cet écart et du gain de cet amplificateur, est transmise en mdme temps que le signal en à l'amplificateur 201 qui intègre ledit écart suivant la constante de temps R204 C202 > en appelant R204 la valeur ohmique de la résistance 204 et C202 la capacité du condensateur 202.Cette intégration a pour effet d'annuler ledit écart, en sorte que V II est astreinte à rester constamment égale à V s On comprend dès lors que l'on puisse passer à tout instant sans précautions particulières de la voie réglante manuelle à la voie réglante analogique, sans provoquer d'à-coup sur la tension de sortie V5, en faisant simplement passer le commutateur 60 de la position III à la position II.Le contact 5111 a alors pour effet de faire aboutir la voie réglante II à l'amplificateur 41, le contact 52I1 de couper l'alimentation de la bobine de relais 200, en sorte que le contact 205 s'ouvre (la diode 110 pour l'instant peut être remplacée par une simple coupure) et que la voie réglante II évolue maintenant normalement, sous la seule action de son signal réglant d'entrée Vene On suppose maintenant que le système comporte en outre une voie réglante numérique se terminant par un ensemble en tous points identiques à celui déjà décrit pour la voie purement analogique II, les organes homologues étant affectés de numéros repères dont le chiffre des centaines est 1 au lieu autre 2 et qu'il est donc inutile d'énumérer à nouveau. il convient de préciser cependant que, dans ce cas, les plots 52IS 52II du circuit 52 du commutateur 50 sont réunis au plot 52ici du meme circuit par les diodes 110, 210 montées en direct vers ce dernier plot. Le mode de fonctionnement de ce système à trois voies réglantes est le suivant. En commande manuelle (voie réglante III) le fonctionnement est identique à celui déjà décrit, à ceci près qu'ici les deux relais de bobines 100, 200 sont alimentés à travers les diodes 110, 210 respectivement et que les sorties des deux voies I et II sont as servies à Vs. s En commande analogique (voie réglante II) le fonctionnement est encore identique à celui déjà décrit, à ceci près qu'ici le relais de bobine 200 est coupé du fait de la diode 210 polarisée en inverse alors que le relais de bobine 100 est alimenté, en sorte que la voie réglante II évolue normalement, alors que la sortie de la voie I est asservie à suivre Vs, elle-même asservie à suivre VsII. En commande numérique enfin (voie réglante I) tout ce qui vient entre dit sur la voie II peut être répété à la seule condition de permuter les indices I et II, en sorte que la voie réglante I évolue normalement, alors que la sortie de la voie II est asservie à suivre Vs, elle-meme asservie, dans ce cas, à suivre Vsi REVENDICATIONS 1 - Système de régulation à plusieurs régimes commutables où chaque organe réglant peut dépendre de l'une quelconque au choix de plusieurs voies réglantes, savoir une voie de commande manuelle, une ou plusieurs voies de commande purement analogique, éventuellement une ou plusieurs voies de commande numérique, caractérisé en ce qu'un commutateur manuel permet de connecter à volonté l'une quelconque de ces différentes voies réglantes à 11 entrée inverse d'un tronc connun constitué par un amplificateur différentiel monté en suiveur, en ce que chacune des voies réglantes autres que celle de commande manuelle comporte, en amont d'un premier contact dudit commutateur,un amplificateur opérationnel intégrateur dont l'entrée de signal réglant, lorsque la voie considérée n'est pas au travail, est également connectée à la sortie d'un amplificateur différentiel de comparaison, dont l'entrée directe reçoit une fraction déterminée du signal de sortie dudit amplificateur opérationnel intégrateur et l'entrée inverse le signal de sortie dudit amplificateur commun suiveur, de façon que la tension de sortie dudit amplificateur intégrateur de chaque voie non au travail suive la tension de sortie de l'amplificåteur commun suiveur. 2 - Système de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite connection de chaque voie réglante autre que manuelle entre la sortie dudit amplificateur différentiel de comparaison et l'entrée de signal réglant dudit amplificateur intégrateur est obtenue par un contact de travail d'un relais alimenté par un second contact dudit commutateur,chaque fois que la voie considérée n'est pas au travail.