Brevet FR2325001A1 — publié le 19770415

La présente invention se rapporte à un procédé de commande électronique pour une installation de chauffage comprenant une série de chaudières marchant en parallèle susceptibles d'entrer en action progressivement en nombre croissant, suivant la variation de la demande en calories. On sait que les chaudières à gaz du type "murales" sont fabriquées par les constructeurs dans des gammes de puissance bien déterminéesa qui deviennent insuffisantes pour le chauffage et l'alimentation en eau chaude des grands en- sembles. Comme il est difficile d'envisager la fabrication de chaudières beaucoup plus puissantes dont le coût est élevé pour un rendement en exploitation plus faible, on a pensé à grouper ensemble plusieurs chaudières murales ou au sol permettant d'approcher la valeur de puissance la mieux adaptée tout en assurant un meilleur rendement d'exploitation. Mais le fonctionnement d'une chaufferie en plusieurs unités de chauffe constituées par des chaudières traditionnelles de moyenne puissance ne peut aller très loin sous peine de voir le coût de la ehaufferie augmenter. Afin de remédier à ces inconvénients, la demanderesse a notamment dé- crit dans le brevet français n 2 157 2t2, une installation de chauffage comprenant des unités thermiques Juxtaposables, placées au sol, dont les éléments de base sont produits en grande série et comportent l'ensemble des fonctions intégrées. Ces unités thermiques compactes se présentent sous forme d'armoires juxtaposables dont le nombre et l'implantation sont dictés par la dimension et la forme des locaux ainsi que la puissance recherchée. Chaque unité thermique comprend essentiellement une série de corps de chauffe coiffes d'une hotte pour l'évacuation des gaz brûlés, et chauffés par des brûleurs reliés, par le mdme tube collecteur, au mécanisme de régulation et dans servissement du gaz permettant à chaque unité de fonctionner en petit débit ou en grand débit suivant les besoins. Dans les installations de ce type comprenant une série d'unités thermiques, les dispositifs connus pour commander la mise en route dsun nombre plus ou moins grand de modules suivant les besoins de la demande comprennent en général un nombre important d'organes électriques de contrôle et de commande nécessitant notamment un sablage électrique très motteux. D'autres dispositifs de commande grand débit de la même chaudière et 11 état éteint du grand débit d'une chaudière autorise uniquement l'extinction du petit débit de la même chaudière. Suivant la demande de calories, le module de commande en fonction des informations reçues des cartes unitaires délivre un ordre de telle manière que ~d'une part une chaudière ne peut être allumée en petit débit que si les trois conditions suivantes sont réunies - ordre de chauffage - le petit débit et grand débit de chacune des chaudières prise sépia rément sont dans le même état - le grand débit donc aussi le petit débit de la chaudière précédente est allumé. -et d'autre part le grand débit d'une chaudière ne peut être éteint que si les trois conditions suivantes sont réunies - ordre de refroidissement - le petit débit et le grand débit de chacune des chaudières prise séparément sont dans le même état. - le petit débit donc aussi le grand débit de la chaudière précédente est éteint. Enfin, la carte finale sert à l'initialisation des informations cumulées destinées au module de commande et à renvoyer au module de commande les informations relatives à la dernière chaudière. L'invention apparaitra plus clairement à la lecture de la description détaillée suivante en référence aux dessins annexés qui représentent - Figure 1 : le schéma fonctionnel du module de commande. - Figure 2 : le schéma détaillé de l'horloge du module de commande et du dispositif de remise à zéro générale automatique. - Figure 3 : le schéma du système d'alarme du module de commande. - Figure 4 : le schéma de la carte unitaire d'une chaudière. La mémoire de chaque chaudière est constituée de deux bascules 10 et 11 (figure 4) JE maitre esclave, l'une pour le petit débit, l'autre pour le grand débits Pour la carte correspondant à la ième chaudière, la bascule petit débit 10 porte l'indice i et la bascule grand débit l'indice io. font appel à des organes mécaniques, genre engrenages ou cames, actionnant des contacteurs et entrainés par des moteurs. Mais ces dispositifs de commande présentent de nombreux inconvénients d'une part ils sont motteux et complexes notamment en--cas de panne et d'autre part ils entrainent une usure très inégale de l'installation car certaines chaudières doivent démarrer les premières et d'autres les dernières ce qui provoque une usure excessive de certaines unités. L'objet de l'invention est d'éviter les inconvénients mentionnés cidessus tout en permettant une rotation régulière d'usure des unités de chauffage et un dépannage simple et rapide en cas de panne fortuite. De plus ce dispositif permet en cas de demande de calories d'allumer chaque appareil de chauffage d'abord en petit débit, puis en grand débit et en cas de demande de refroidissement de les éteindre dans le sens inverse ce qui donne une plus grande plage de réglage de la puissance de l'installation suivant les besoins et un meilleur rendement. Le procédé de commande suivant l'invention, se compose essentiellement d'un module de commande générale, d'une carte unitaire par appareil de chauffage, et enfin d'une carte finale. Le module de commande générale remplit les fonctions suivantes . Alimentation générale et ordres de chauffage ou de refroidissement. . Traitement des informations cumulées d'une carte unitaire à l'autre. . Remise à zéro générale automatique. Horloge. . Alarme. . Commande manuelle ou automatique. Chaque carte unitaire constituée de deux bascules JK maitre esclave l'une pour le petit débit, l'autre pour le grand débit, reçoit, outre des ordres du module de commande, des informations venant de la carte précédente pour assurer sa commande et de la carte suivante des informations cumulées qui sont traitées puis redistribuées à la carte précédente à destination du module de commande. Ces informations permettent de savoir par exemple si toutes les chaudières sont allumées, si toutes sont éteintes, et si toutes les chaudières prises individuellement ont leur petit débit et leur grand-débit dans le meme état. En effet, l'état allumé du petit débit d'une chaudière autorise l'allumage uniquement du On a donc : Ji = entrée J de la bascule petit débit 10 de la ième carte Jio = " J " grand " 11 " Ki = " K " petit " 10 " Kio = " K " grand " 11 " Hi = " H " petit " 10 " en provenance du ciruit de l'horloge. Hio = " H " @ grand " 11 Ri = = " R " petit " 10 " en provenance du dispositif de remise à 0 Rio = " R " grand " 11 Qi = sortie Q " petit " 10 Qi = " Q " " petit " 10 Qio = " Q " grand " 11 Qio = " Q " grand " 11 L'indice i - 1 indique que l'on a affaire à la (i - 1) ème carte et l'indice i + 1 que l'on a affaire à la (i + 1)ème carte. D'autre part les symboles suivants représentent CH : ordre de chauffage égal à "t" au repos et à "0" en fonctionnement. RF -: ordre de refroidissement égal à "1" au repos et è "0" en fonctionnement. # : : ordre de remise à zéro égal à "1" au repos et à "0" en fonctionnement. #j : ordre signalant que le petit débit et le grand débit de chaque bascule prise individuellement sont toutes dans le même état ce qui donne #j = 0 ou ne sont pas toutes dans le même état c'est-à-dire #j = 1. CL : ordre de l'horloge égale à "0" au repos et à à "1" au fonctionnement. : : information cumulée de la carte i à la carte N sous forme de somme ce qui iaN donne # Qjo = 0 si tous les grands débits de la ième à la Nième chaudières iaN sont allumés et égal à "1" dans le cas contraire. # Qj = 0 si tous les petits débits de la ième à la Nième chaudières iaN sont éteints et égal à "1" dans le cas contraire. et # #j = O Si le petit débit et le grand débit de chacune des chau iaN dières de la ième à la Nième chaudière prise individuelle ment sont dans le même état et égal à "1" dans le cas con traire. Le module de eommandigénérale dont le schéma fonctionnel est représenté à la figure 1 assure six fonctions différentes - Alimentation générale à partir du secteur et ordres. - Traitement des informations cumulées en provenance des chaudières. - Remise à zéro générale automatique R. - Horloge. - Alarme avec un dispositif de détermination de défaut et de mise en alarme. - Commande manuelle ou automatique par I1, I2 et 13 Maintenant on va voir séparément en se reportant aux schémas détaillés chacune de ces fonctions. L'alimentation générale de l'ensemble du circuit est fournie par le module de commande à partir du secteur par l'intermédiaire d'un régulateur de tension. De plus les ordres de chauffage et de refroidissement suivant les besoins en chaleur sont directement donnés par les aquastats 20 et 21 (figure 1) en automatique et par l'interrupteur I2 en manuel. Le traitement des informations cumulées en provenance des différentes chaudières est assuré par le module de commande qui utilise ces informations pour la commande de la première chaudière et pour la détection de défauts. En effet l'allumage de la première chaudière en petit débit n'est autorisé que si le grand débit de la dernière chaudière est allumé QNo = O ou que tout est éteint c'est à-dire z Qi = O. L'information Qoo simulant la chaudière précédante et qui est à rentrer sur la première pour autoriser l'allumage du petit débit est donc L'extinction du grand débit de la première chaudière ne doit autre autorisé que si d'une part le petit débit de la dernière chau dièse est éteint QN = O ou d'autre part tout est allumé S Qjo = O. L'information N Qo simulant la chaudière précédente et qui est à rentrer sur la première chau dière est donc Ce système permet donc un rendement maximum des chaudières puisqu'il y a au maximum une chaudière en petit débit et une rotation régulière d'usure des chaudières. Le dispositif de remise à zéro générale automatique (figures 1 et 3) fonctionne de la manière suivante : -quand il y a coupure de courant la condensateur C5 se décharge rapidement dans la résistance R2 à travers la diode CR1. Au rétablissement du courant le condensateur C5 se recharge lentement à travers la résistance R3 ce qui a pour effet de maintenir le transistor T3 saturé pendant un court instant et par conséquent de remettre tout le système à zéro et entre autres d'éteindre les chaudières. Le fonctionnement automatique de l'horloge est validé par les ordres de chauffage et de refroidissement donnés par les aquastats (20-21) et en absence d'ordre l'horloge est bloquée. La période de l'horloge est réglable de façon continue par application d'une tension à l'entrée pilote. En se reportant aux figures 1, 3, 4, on a à l'état d'équilibre CH = 1 et RF = 1, R étant lui-meme à au au repos, le circuit NON-ET-13 délivre un "1" en sortie qui maintient le transistor T5 à l'état saturé et remet à zéro le compteur d'impulsion réalisé par le circuit 12. Le transistor T5 maintient le condensateur C6 déchargé, la bascule FFI à zéro et le point milieu du pont R14, R15 au niveau bas.Ceci a pour effet de maintenir l'amplificateur A2 à l'état bas, A3 à l'état haut et l'état d'horloge CL à l'état bas. Le transistor T4 fournit alors la puissance nécessaire à la commande. Dès qu'un ordre de chauffage ou de refroidissement apparait, CH = O ou RF = O, le circuit 13' délivre un "O" en sortie, libère alors le compteur t2 et bloque le transistor T5 ce qui permet de libérer la bascule FF1 et le condensateur C6 qui commence à se charger à travers la diode CR5 et la résistance R7. La sortie de l'amplificateur Al est alors à l'état haut, celle de A2 aussi, A3 est à l'état bas et le transistor T4 est bloqué. L'horloge CL est donc au niveau haut ce qui donne une impulsion immédiate.Une fois que le condensateur C6 a atteint la tension de la sortie de A2, Al, A2, A3 et T4 basculent. L'horloge CL revient par conséquent au niveau bas. Le condensateur C6 commence alors à se décharger lentement dans la résistance R8 jusqu'à ce que sa tension atteigne celle de l'entrée pilote. Al, A2, A3 et T4 basculent et il y a génération d'une nouvelle impulsion d'horloge. La période de l'horloge est réglée de façon continue par ltentrée pilote pratiquement de zéro à l'infini et le voyant LED 1 indique l'état de sortie de ladite horloge. Ce dispositif permet donc une commutation plus ou moins rapprochée des chaudières en fonction par exemple de la différence de température entre la température de consigne et état du moment. A l'état d'équilibre, donc en absence d'ordre, le système est figé, et dès qu'il y a rupture de l'équilibre c'est-à-aire fermeture de l'un ou l'autre des aquastats, l'horloge délivre immédiatement une impulsion faisant basculer une chaudière dans le sens désiré afin d'éviter une perte de temps et de diminuer l'amplitude des pointes transitoires. Le dispositif d'alarme (figures 1, 3 et 4) fonctionne de la manière suivante : à l'état d'équilibre le compteur 12 qui est un diviseur par seize est maintenu à zéro de même que la bascule FFt. Dès qu'un ordre de chauffage ou de refroidissement apparaît, ces deux circuits sont libérés et le compteur enregistre le nombre dtimpulsions dthorloge. Au moment du retour à l'équilibre, il y a remise à zéro. Â la huitième impulsion, la sortie du compteur passe à l'état haut etàla seizième, il retombe à l'état bas. Les entrées J1 et K1 de -la bascule FF1 étant respectivement à "1" et "O" la sortie Q1 de FF1 bascule à l'état haut. Tant que Q1 était à l'état bas la sortie du circuit "NON-ET EXPENDABLE" 16 entrant en J2 de FF2 était maintenue à l101t ce qui empéchait FF2 de basculer. Lorsque Q tombe à zéro et devient donc inactif, pour que J2 reste à "Q", il faut que l'une des deux conditions suivantes soit remplie, -ordre de chauffage CH = 0 et tout allumé # Qjo = 0 ou ordre de refroidissement RF = 0 et tout N éteint ç Qj * O. Dans ce cas il n'y a pas défaut et il faut maintenir J2 à VIOl? pour éviter la mise en alarme. Quand, par la suite, l'état d'équilibre se rétablit, le compteur 12 et la bascule FF1 seront remis àzéro et le décompte des impulsions pourra recommencer.Si par contre, ni l'une ni l'autre des deux doubles conditions précédantes sont réalisées, J2 se trouvera à l'état "1" et à la dix septième impulsion la bascule FF2 basculera à l'état haut débloquant T6 et enclenchant l'alarme. La remise à zéro R2 de la mémoire alarme ne se faisant que par la remise à zéro générale, la signalisation du défaut persistera tant qu'il nty aura pas eu une coupure de l'alimentation générale et ceci même si l'état d'équilibre se rétablit entre temps. Un voyant LED 2 signale l'enregistrement d'un défaut. il est à noter que tout défaut signalé le reste, même si entre temps celui-ci a disparu. Par ailleurs, tout contact défectueux dans la transmission d'une carte à une autre joue dans le sens de l'alarme. Trois interrupteurs I1, I2 et 13 montés sur le module de commande (figure 1) assurent les fonctions de commutation de fonctionnement automatique ou manuel et de commande pour la marche en manuel. L'interrupteur I1 qui est un inverseur bipolaire commande la décision de fonctionnement en automatique ou en manuel en déconnectant alors les aquastats dans le cas du fonctionnement manuel et l'interrupteur I2 dans le cas du fonctionnement automatique. L'interrupteur I2 assure les ordres manuels de chauffage et de refroidissement. L'interrupteur @3 permet le fonctionnement manuel de l'horloge. Dans ce cas, à l'état repos, le condensateur C6 est maintenu déchargé par I1 et I3 à travers la résistance R31 et la diode CR7 et la sortie de l'amplificateur dif férentiel A2 est maintenue à l'état bas par la chute du point milieu de R14, R15 à travers la diode CR6. La sortie de l'amplificateur A3 est alors à l'état haut, le transistor T4 est saturé et la sortie de l'horloge à l'état bas. Quand on ouvre l'interrupteur I3, le condensateur C6 commence à se charger et A2, A3 et T4 basculent. La sortie de l'horloge CL est à l'état haut.En relachant l'interrupteur I3, la condensateur C6 se décharge rapidement à travers la diode CR7 et la résistance R31 et la sortie de horloge repasse à l'état bas. Le condensateur C7 assure la suppression des rebonds sur I3. La mémoire de chaque chaudière (figure 4) est constituée de deux bascules JK maître esclave (10-11) l'une pour le petit débit et l'autre pour le grand débit. Les entrées JE des deux bascules (10-1t) reçoivent les informations qui valident ou non les ordres délivrés par l'horloge. L'application de l'ordre de commande à la chaudière se fait par l'intermédiaire de triacs, non représentés, à partir des sorties Q des bascules maitre esclave. Chaque carte unitaire reçoit de la carte suivante des informations cumulées qui sont traitées puis redistribuées à la carte précédente. Ces informations permettent de savoir par exemple si - toutes les chaudières suivantes sont allumées EN Qjo = 0 iaN - Toutes les chaudières suivantes sont éteintes # Qj = 0 iaN - toutes les chaudières suivantes ont leur petit débit et leur grand débit dans le même état. Le circuit "NON.OU." 14 et le circuit "NON-ET EXPENDABLE" 15 rajoutent les informations relatives à la carte et les expédient à la carte de la chaudière précédente à destination du module de commande. La carte finale initialise à "O" les informations cumulées z Qi QjoX z Qi et # 5 et renvoie au module de commande les infamations relatives à la dernière chaudière. Ce procédé de commande électronique présente de nombreux avantages par rapport aux dispositifs de commande classique. En effet, il permet une rotation régulière d'usure des unités de chauffage et un dépannage simple et rapide car il est très simple de mettre hors circuit une chaudière en enlevant la carte unitaire correspondante pour réparation ou entretient sans perturber le reste de la chaîne. De plus il est à noter que ce dispositif donne une plus grande plage de réglage de la puissance de l'installation suivant les besoins et un meilleur rendement de l'ensemble. L'invention n1 est pas limitée à la forme de réalisation décrite mais en englobe au contraire toutes les variantes constructives. REVENDICATIONS 10) - Procédé de commande électronique pour une installation de chauffage compo tant une série d'unité de chauffage marchant en parallèle c c a r a c t é r i s é p a r 1 e f a i t qu'il compren-l en conbinaisen -un de commande générale assurant l'alimentation générale et donnant les ordres de chauffage ou de refroidissementS -une carte unitaire par unité de chauf- fage qui est constituée de deux bascules JK maitre esclave l'ane pour le petit débit et 11 autre pour le grand débit de chaque unité de chauffage, -et une carte finale qui permet d'initialiser les informations destinées au module de commande et de renvoyer au module de commande des informations re latives à la dernière unité de chauffage. 20) - Procédé de commande électronique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le module de commande comporte un système à horloge qui permet une commutation plus ou moins rapprochée des unités de chauffage en fonction de la différence de température de consigne et état du moment. 30) - Procédé de commande électronique selon les revendications t et 2 caracté risé par le fait qu'à l'état d'équilibre c'est-à-dire en absence ordre, le système à horloge est figé et qu'en cas de rupture de l'équilibre, le système à horloge délivre immédiatement une impulsion faisant basculer une unité de chauffage dans le sens désiré, puis temporise les ordres d'allumage ou 40) - Procédé de commande électronique selon les revendications 1 et 2 earseté- risé par le fait que la période du système à horloge est réglable de façon continue par lTapplication d'une tension à l'entrée pilote. 50) - Procédé de commande éleetronique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que chaque carte unitaire reçoit d'une part des ordres du module de commande et d'autre part des informations venant de la carte unitaire précé dente pour assurer sa commande et de la carte unitaire suivante des informa tions cumulées qui sont traitées puis redistribuées à la carte unitaire pré cédente à destination du module de commande. 60) - Procédé de commande électronique selon la revendication 5 caractérisé par le fait que les informations cumulées indiquent l'état de fonctionnement du moment de chaque unité de chauffage. 70) - Procédé de commande électronique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le module de commande permet l1allumage d'abord en petit débit puis en grand débit de chaque unité de chauffage en cas de demande de calo ries et l'extinction en sens inverse en cas de demande de refroidissement. 80) - Procédé de commande électronique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le module de commande comporte un dispositif qui remet automa uniquement tout le système à zéro et éteind les unités de chauffage en cas de coupure de l'alimentation électrique et assure automatiquement le redé marrage dès le rétablissement de l'alimentation électrique. 90) - Procédé de commande électronique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le module de commande est muni d'un système d'alarme qui si gnale les défauts de non fonctionnement.