Brevet FR2354588A1 — publié le 19780106

Dans des domaines techniques très divers, on atilise des appareils prograsmateurs dont le rôle est de générer une consigne pour une grandear physique ou chimique qui doit évoluer en fonction du temps suivant une loi fixée à l'avance et représentée par an diagramme qui peat être constitué par une suite de segments rectilignes ou par une courbe susceptible d'étre définie par une équeation d'an degré supérieur à 1. Il convient d'insister sur le fait que l'invention ne concerne pas an programme spécifiqae tels que ceux gui sont utilisés dans certains des éléments constitutifs de l'appareil qui sera décrit ci-après, mais bien le moyen d'obtenir ane grandeur pilote qui évolue suivant le diagramme précité en fonction du temps. L'invention a pour objet de surveiller, par des moyens simples et autonomes, la variation en fonction du temps d'ane (oa de plusieurs) grandeur physique ou chimique, en ne mémorisant que des valeurs caractéristiques d'un programme. Les saleurs instantanées de cette (ou de ces) grandeur sont obtenues à partir d'un calcula- teur programmé associé à une horloge qui fournit les informations relatives Sa temps.L'utilieation d'une mémoire à registre bouclée de la sortie vers l'entrée (mais dont l'usage n'est pas obligatoi r@) perm@t de "recycler" les informations après usage, s'il est nécessaire de répéter an programme après son achèvement. L'appareil saivant l'invention peut donc recommencer un cycle de travail aussi souvent qu'on le désire, ou bien l'exécuteur une seule fois et atten- dre un ordre extérieur pour le recommencer, ou encore l'exécuter partiellement et l'interrompre dans l'attente d'une information extérieure. L'appareil suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison: A) un dispositif de chargement pour introdui@e dans une mémoire des valeurs numériques correspondant aux caractéristiques de segments successifs d'un diagramme; B) pne mémoire possédant :a) des moyens pour enregistrer "en série" les valeurs X (abscisses) du diagramme correspondant au temps nécessaire Sa parcours d'an segment, les valeurs T (ordonnées) correspondant respectivement au débat et à la fin de chaque segment da diagramme, et le signe (positif ou négatif) de Y, et qai forment de préférence an circiiit fermé en régime de lecture ou de marche normale de l'appareil; et b) deux entrées d'incrémentation, l'une mannelle pour le chargement, et l'autre automatique pour faire a vancer d'an pas les moyens précités pour enregistrer les valeurs et les signes précités à l'expiration d'une période déterminée; C) une base de temps constituée par un diviseur de fréquan- ce qui délivre une impulsion de comptage de temps, par exemple tou- tes les minutes;; D) une horloge reliée à la base de temps et constituée par an compteur qui est maintenu au zéro pendant le chargement de la mémoire et est ramené au zéro lorsque la valeur de x a augmenté d'un se@ment d'an. quantité correspondant à la longueur@du di graue; E) un comparateur numérique relié : a) à la sortie de l'horloge pour recevoir les impulsions du compteur représentant le temps t écoulé depuis le début du comptage des impulsions prove- nant de la base de temps; b) au dispositif de remise au zéro du compteur; c) à l'entrée automatique d'incrémentation de la mémoire; et d) à la sortie de cette mémoire qui correspond aux valeurs de I, pour comparer en numérique la grandeur x et le temps t; F) un calculateur relié aux sorties dé la mémoire et à la sortie de l'horloge et qui calcule la saleur à un moment donné de la grandeur représenté par le diagramme;; G) un dispositif afficheur de résultats, relié 8 la sortie du calculateur et mémorisé, qui permet soit d'informer l'utilisa- teur de l'appareil sur le déroulement du processus en cours, soit d'actionner un régulateur et/ou de mettre fin au processus en cours lorsque celui-ci est terminé. De préférence, le dispositif de chargement comprend: a) des moyens pour afficher les ordonnées des points caractéristiques d@ diagramme représentant les valeurs successives de la grandeur phy- sique ou chimique à surveiller;b) des moyens analogues pour afficher les abscisses correspondant aux ordonnées précitées, c'est dire en pratique les valeurs du temps nécessaire pour parcourir un segment donné du diagramme; c) un commutateur à trois positions, permettant dans sa première position d'enregistrer des données, dans sa seconde position de lire (en vue d'un contrôle éventuel) le contenu de la mémoire après enregistrement de toutes les données ou d'ane partie d'elles, et dans sa troisième position de déclencher un cycle de fonctionnement de l'appareil; d) des moyens tels qu'un bouton-poussoir pour permettre, lorsque le commutateur occupe l'une ou l'autre de ses deux premières positions, d'incrémenter la mémoire en vue de l'introduction des données successives ou de leur contrôle; e) an dispositif afficheur muni d'an compteur et permet tant de savoir à tout moment quelles sont les "cases de la mémoire disponibles à la sortie (lorsque le commutateur occupe l'une de ses deux dernières positions précitées) ou quelles sont les"cases" en cours de chargement (lorsque le commutateur occupe sa première position précitée). De préférence également, le calcul effectué par le calculateur est celui de la valeur g donnée par l'équation : y = Yf - Yi t + Yi (1) , où Y est la valeur instantanée de l'ordonnée de la grandeur phgsique ou chimique à surveiller, Pf est la valeur finale et Yi est la valeur initiale de cette ordonnée pour un segment donné du diagramme, x est le temps nécessaire pour parcourir le segment considéré, et t est "l'heure" qu'indique l'horloge, ctest-à-dire le temps écoulé depuis sa dernière remise au zéro, autrement dit depais le moment où a débuté le segment considéré. Sur les dessins annexés La figure 1 est un exemple d'un diagramme formé de segments rectilignes et montrant le déroulement d'une opération donnée, par exemple les températures (ordonnées) et le temps (absisses) qui correspondent aux différents stades d'an traitement thermique. On supposera par exemple qu'un régulateur contrôle la températare et qu'une minuterie provoque la variation de cette température à un moment donné et suivant une loi donnée.L'appareil suivant l'invention permet soit de surveiller simplement le déroulement des opérations, soit de déclencher automatiquement des dispositifs de correction appropriée aux moments désirés en fonctionnement normal, et/ou en cas de besoin dans l'hypothèse du non respect du programme prévu La figure 2 est un s@héma d' an appareil suivant l'invention. Sur la figure 1, on voit qu'au temps to (origine) la gren- deur à consigner ou à surveiller a une valeur Y0 , atteint une valeur Y1 (point A) au temps t1 , reste constant@ jusqu'au temps t2 (point B), descend à une valeur Y2 (point C) au temps t3 , remonte à me valeur Y3 (point D) au temps t4 , redescend à une va- leur Y4 (point E) au temps t5 reste à cette valeur jusqu'au temps t6 (point F), et ainsi de suite. Comme le montre le diagram- me, la valeur Y de la grandeur peut être positive (Y0 , Y1) ou négative (Y2 , Y3 , Y4). Quant à la valeur x du temps nécessaire pour parcourir un segment donné, elle est toujours positive (t1 - t0 , t2 - t1 , t3 - t2, etc..). L'appareil suivant l'invention, qui va être décrit avec référence à la figure 2, a un fonctionnement très précis et permet de générer et de visualiser à tout moment la valeur numérique à ce mo- ment de la variable Y donnée par la formule (1) précitée. Dans le mode de réalisation décrit, l'information est présentée sous une forme numérique (code BCD par exemple), mais elle peut aussi l'8tze sous une autre forme, par exemple analogique, en utilisant un conver tisseur approprié. Sur la figure 2, on voit que l'appareil comprend essentiellement un dispositif "de chargement" désigné dans son ensemble par 1, une mémoire 2, une base de temps 3, une horloge 4, un comparateur numérique 5, un calculateur 6, et un dispositif afficheur de résultats 7. Le dispositif de chargement 1 sert à introduire dans la mémoire 2 des valeurs numériques correspondant aux caractéristiques de chaque segment du diagramme (Y0 à A, A à B, B à C, etc... sur la figure 1). il comprend de préférence deux groupements de roues codeuses 8 et 9 (commutateurs à présélection numérique), qui permettent d'afficher respectivement les valeurs de la grandeur surveillée (Y) avec son signe + ou - et celles du temps (x) correspondant au parcours d'un segment du diagramme.A ces groupements est associé un commutateur 10 à trois positions qui, dans une première position, permet l'enregistrement des données dans la mémoire 2, dans une seconde position qui constitue une position d'attente avant le débat d'un cycle automatique, permet la lecture des données ainsi enregistrées en vue d'un contrôle éventuel, et dans une troisième position, déclenche le fonctionnement du système.Un dispositif tel qu'an bouton-poussoir 11 permet, lorsque le commutateur 10 occupe sa premiè- re ou sa seconde position, d'incrémenter la mémoire 2 en vue de l'introduction succcessive de données ou de leur contrle. Enfin, un dispositif afficheur fanon représenté) muni d'un compteur permet de savoir à chaque instant quelles sont les "cases" de la mémoire 2 qui sont disponibles en sortie (dans les seconde et troisième positions du commutateur 10) ou bien celles qu'on charge (dans la première position du cOmmutateur 10). La mémoire 2 reçoit d'une part, du groupement 8, une va- leur de Y qui correspond par exemple, pour un segment considéré, à la valeur Yi (ordonnée initiale) d'un segment du diagramme de la figure 1 et aussi à la valeur Yf (ordonnée finale) du segment du diagramme qui le précède, et d'autre part, du groupement 9, ane valeur x qui correspond au temps que doit mettre la grandeur surveillée à parcourir la longueur du segment dont l'ordonnée finale est la valeur Y. Les valeurs successives de Y et x sont enregistrées dans les "cases" de la mémoire et en sortent dans le m8ie ordre.Les sorties de la mémoire sont organisées de ianière à pouvoir disposer simultanément d'une valeur X et des deux valeurs Ti et Yf qui doivent lui correspondre. Ainsi, le fonctionnement peut se faire en circait fermé, comme indiqué précédemment. L'enregistrement simultané de deux valeurs (une pour x et ans pour Y) se fait en série, et l'incrémentation est synchrone pour tous les registres constitutifs de la mémoire. Blle consiste en fait à passer d'un segment du diagramme de la figure 1 à celui qui lui succède dans le temps, en n'ayant pour chacun d'entre eux à inscrire qu'une nouvelle valeur finale et une durée. La base de temps 3 est branchée sur le secteur d'alimentation électrique (non représenté) et transforme le courant qu'elle reçoit en impulsions de comptage de temps qui sont transmises à l'horloge 4. L'horloge 4 est maintenue au zéro dans les positions d'enregistrement et de lecture du commutateur 10, mais compte les impulsions reçues de la base de temps 3 quand le commutateur 10 a déclenché le cycle de fonctionnement de l'appareil, et elle est remise au zéro lorsque le comparateur numérique 5 constate légalité entre la valeur x émise par la mémoire 2 et la valeur indiquée par l'horloge, c'est-à-dire le nombre t des impulsions comptées. qui constitue la quatrième valeur traitée par le calculateur 6. Le comparateur numérique 5 compare les valeurs de x émises par la mémoire 2 et qui lui arrivent en 12 avec le nombre t d'impulsions de comptage de temps émises par l'horloge 4 et qui lui arrivent en 13, et lorsque ces valeurs sont égalisées, comme indi qué précédemment, il émet simultanément une impulsion de déclenchement qui, en 14, remet au zéro le compteur de temps de l'horloge 4, et une impulsion d'incràémentation qui, en 15, fait avancer d'an pas les données x et Y enregistrées dans la mémoire 2. Le calculateur numérique 6 reçoit en 16 les valeurs de Yf, en 17 celles de Yi, et en 18 celles de x provenant de la mémoire 2, et en 19 celles du temps t provenant de l'horloge 4 après l'écoule- ment du temps correspondant à chaque segment du diagramme de la figure 1. il effectue en permanence ou périodiquement le calcul de la valeur instantanée z donnée par l'équation (1) mentionnée précédemment, c'est-à-dire donne la valeur instantanée de la grandeur physique ou chimique surveillée, qui est lue sur le dispositif afficheur 7.La valeur de t change chaque fois qu'une unité de temps s'est écoulé; par suite, si la valeur de Y doit changer en fonction du temps écoulé pendant le parcours an segment donné du diagramme* il est possible de vérifier si, à un instant donné, la valeur de Y est bien celle que l'on peut lire sur le diagramme. L'information ainsi fournie peut servir à piloter automatiquement un régulateur de la grandeur physique ou chimique surveillée, ou simplement à informer l'utilisateur sur le déroulement du proces- sas, l'appareil étant arrêté automatiquement ou par l'utilisateur lorsque le processus estterminé, ou lorsque le nombre nécessaire de segments représenté s par le diagramme de la figure 1 a été atteint. L'ensemble 1 et le dispositif afficheur 7 sont de préfdren- ce fixés sur la face antérieure du carter qui contient le reste de l'appareil suivant l'invention. Le fonctionnement de l'appareil pour surveiller le dérou- lement du programme représenté par le diagramme de la figure 1 est le suivant: On place le commutateur 10 en position d'enregistrem@nt, et l'on actionne le bouton-poussoir 11 jusqu'd ce que l'afficheur (non représenté) compteur des "cases" de la mémoire soit amené au zéro. On affiche alors à l'aide du groupement 8 la valeur Y0 et, à l'aid@ du groupement 9, une valeur 10 = 0. On presse le bouton-poussoir 11: le compteur des "cases" de la mémoire passe à 1. On affiche ensuite en Y la valeur Y1 et en I la valeur x1 = t1 . On presse à nouveau le bouton-poussoir 11: le compteur passe à 2. On affiche en I la valeur 12 = t2 - t1 , sans chan- ger Y puisqu'il faut maintenir la valeur Y1 pendant la durée du parcours de ce segment, puis on presso encore une fois le boutonpoussoir 11: le compteur passe à 3. On affiche en Y la valeur Y2 et en x la valeur x3 3 t3 - t2, et l'on continue cette suite d'enregistrements jusqu'à ce que la totalité du diagramme ait été explorée. On amène alors le commutateur 10 en position de lecture. Les données de la mémoire ne peuvent plus titre changées: elles ne peuvent que se déplacer de case en case. Il est alors possible d'effectuer un contrôle facultatif des valeurs enregistrées par le moyen d'un affich@ur auxiliaire que l'on peut intercaler au nivean de l'entrée du calculateur 6. L'exploration de chaque segment se fait par une pression sur le bouton-poussoir 11 qui incrémente la mémoire 2.Ce contrôle éventuel étant effectué, on amène le compteur des cases de la mémoire à zéro par autant de pressions sur le bouton-poussoir que nécessaire: lorsque ce compteur atteint sa capacité maximale, il retombe à zéro. Au moment choisi pour débuter le cycle, on fait passerie commutateur 10 dans sa troisième position. L'horloge 4 se trouve alors libérée, et son changement d'état entrains la modification du résultat fourni par le calculateur et donc la valeur pilote ou de consigne de la grandeur physique ou chimique dont l'évolution dans le temps suit exactement le diagramme de la figure 1. Il n'y a pas de limite théorique au nombre de segments qu'il est possible de mémoriser dans l'appareil suivant l'invention. On peut aussi réaliser des diagrammes constitués par des courbes et non par une succession de segments rectilignes de longueur appréciable, en remplaçant ces courbes par un très grand nombre de segments courts; on peut aussi, en modifiant le programme de calcul du calculateur 6, obtenir directement des fonctions représentées par des courbes à 3'tide d'équations autres que l'équation (1) du premier degré. Il est par ailleurs possible, en multipliant le nombre de mémoires du programme de Y et en opérant des substitutions de Tf et de Yi à l'entrée du calculateur 6, dçprogrammer simultanément plusieurs grandeurs physiques ou chimique. On disposera de ce fait de plusieurs résultats, qu'il y aura lieu d'introduire éventuellement dans des mémoires de résultats distinctes.Cette disposition présente l'avantage de constituer un programmateur multivoies sans multiplication de l'infrastructure de base: l'horloge, le comparateur numérique, le calculateur et éventuellement les organes de chargement des données x et Y peuvent en effet titre rendues command Bien que l'on ait décrit des roues codeuses comme dispositif de chargement, il est possible sans sortir de l'esprit de l'in Invention d'utiliser d'autres moyens tels que des télétypes, des terminaux d'ordinateurs et des lecteurs de cartes ou de bandes perfo @ées, des bandes ou des cartes magnétiques, etc..., et la mémorisation proprement dite du programme peut se faire à l'aide de dispositifs autres que des registres à décalage, pourvu qu'ils puis- sent être rendus Zrépétables", par exemple des bandes ou des cartes magnétiques, des bandes ou des cartes perfores, etc.. REVENDICATIONS 1 - Appareil numérique destiné à générer une consigne pour une grandeur physique ou chimique qui doit évoluer en fonction du temps suivant une loi fixée à l'avance et représentée par un diagramme, et qui permet une comparaison avec une régulation actuelle de cette grandeur, caractérisé en ce qu'il comprend en combi nai son: A) un dispositif 'de chargement pour introduire dans une mémoire des valeurs numériques correspondant aux caractéristiques de segements successifs du diagramme précité; B) une mémoire possédant : a) des moyens pour enregistrer "en série" les valeurs X (abscisses) du diagramme correspondant au temps nécessaire au parcours d'un segment, les valeurs Y (ordonnées) correspondant respectivement au début et à la fin de chaque - segment du diagramme, et le signe (positif ou négatif) de Y et qui forment de préférence un circuit fermé en régime de lecture u de marche normale de l'appareil et b) deux entrées d'incrémentation, l'une manuelle pour la charge, et l'autre automatique pour faire avancer d'un pas les moyens précités pour enregistrer les valeurs et les signes précités à l'expiration d'une période déterminée; C) une base de temps constituée par un diviseur de fréquence qui délivre une impulsion de comptage de temps, par exemple toutes les minutes;; D) une horloge reliée à la base de temps et constituée par un compteur qui est maintenu au zéro pendant la charge de la mémoire et est ramené au zéro lorsque la valeur de X a augmenté d'ure quantité correspondant à la longueur d'un segment du diagramme; E) un comparateur numérique relié à la sortie de l'horloge pour recevoir les impulsions du compteur représentant le temps t écoulé depuis le début du comptage des impulsions provenant de la base de temps, au dispositif de remise au zéro du compteur, à l'entrée automatique d'incrémentation de la mémoire, et à la sortie de cette mémoire qui correspond aux valeurs de X, pour comparer en numérique la grandeur X et le temps t;; P) un calculateur relié aux sorties de la mémoire et à la sortie de l'horloge et qui calcule la valeur à un moment donné de la grandeur représentée par le diagramme; G) un dispositif afficheur de résultats, relié à la sortie du calculateur et mémorisé, qui permet soit d'informer l'utilisa teur de l'appareil sur le déroulement du processus en cours, soit d'actionner un régulateur et/ou de mettre fin au processus en cours lorsque celui-ci est terminé. 2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que te dispositif de chargement comprend :a) des moyens pour affi- cher les ordonnées des points caractéristiques du diagramme représentant les valeurs successives de la grandeur physique ou chimique à surveiller; b) des moyens analogues pour afficher les abscisses correspondant aux ordonnées précitées, c'est-i-dire en pratique les valeurs du temps nécessaire pour parcourir un segment donné du diagramme; c) an commutateur à trois positions, permettant dans sa pre mière position d'enregistrer des données, dans sa seconde position de lire (en vue d'an contrôle éventuel) le contenu de la mémoire après enregistrement de toutes les données ou d'une partie d'elles, et dans sa troisième position de déclencher un cycle de fonctionnement de l'appareil; d) des moyens tels qu'un bouton-poussoir pour permettre, lorsque le commutateur occupe l'une ou l'autre de ses deux première positions, d'incrémenter la mémoire en vue de l'introduction des données successives ou de leur contrôlee; e) un dispositif afficheur i"ni d'an compteur et permettant de savoir à tout moment quelles sont les "cases" de la mémoire disponibles à la sortie (lorsque le coiiutateur occupe l'une de ses deux dernières positions précitées) ou quelles sont les "cases" en cours de chargement (lorsque le commutateur occupe sa première position précitée). 3 - Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour afficher les abscisses et/ou les ordonnées sont constitués par des groupements de roues codeuses. 4 - Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les doyens pour afficher les abscisses et/ou les ordonnées sont constitués par des télétypes. 5 - Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour afficher les abscisses et/ou les ordonnées sont constituée par des terminaux d'ordinateurs. 6 - Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour afficher les abscisses et/ou les ordonnées sont constitués par des lecteurs de cartes ou des bandes perforées. 7 - - Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les lodens pour afficher les abscisses et/ou les ordonnées sont constitués par des lecteurs de cartes ou des bandes magnétiques. 8 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour enregistrer les valeurs de x et de Y ainsi que le signe de Y comprennent des étages de registres à décalage qui possèdent un nombre de colonnes égal à celui des segments du diagramme plus un et un nombre de lignes égal à celui des bits nécessaires pour exprimer les valeurs de x et de Y aihsi que le signe de Y. 9 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour enregistrer les valeurs de X et de Y ainsi que le signe de Y comprennent des bandes ou des cartes magnétiques ou perforées. 10- Appareil suivant la revendication t, caractérisé en ce que le calculateur fournit la valeur t donnée par l'équation : i = Yf - Ti t + Yi il - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le calculateur fournit une valeur instantanée Y fournie par l'équation d'un degré supérieur au premier qui correspond è la cour- be constitutive du diagramme.