Brevet FR2400736A1 — publié le 19790316

La présente invention, due à Vladimir Grigorievich SIDO ROVICH, Alexandr Viktorovich DOKUKIN, Evgeny Mikhailovich SHMARIAN, Vladimir Vasilievich KAZAKOV et Alexandr Ivanovich LEPIKHOV, concerne des dispositifs de contrôle et de mesure des tinés à l'analyse statistique de signaux électriques et plus particulièrement un analyseur statistique de paramètres de fonctionnement de machines. Cet analyseur statistique convient notamment pour contr8- ler les paramètres de fonctionnement de machines minières,ainsi que de divers equipements électrotechniques et mécaniques. Le contrôle des paramètres de fonctionnement assure une grande efficacité et une bonne qualité d'exploitation des machines et de l'équipement. Le fonctionnement des machines utilisées dans les mines, le bâtiment, la construction routière, les transports, l'agriculture, et dans d'autres industries, machines qui sont sujettes à des charges dynamiques importantes, revêt un caractère aléatoire et évolutif bien accusé.Etant donné que les valeurs courantes des paramètres de fonctionnement de ces machines, tels que la puissance, les couples, les efforts, les pressions, les vitesses, les températures, et les courants, sont convertibles en signaux électriques aléatoires au moyen de transducteurs correspondants, le problème du contrôle des paramètres de fonctionnement de machines se ramène à une analyse statistique de signaux électriques. Or, le matériel de contrôle et de mesure existant ne permet pas le contrôle direct des paramètres de fonctionnement des machines en service, et encore moins pendant la durée de vie entière ou partielle des machines. Les analyseurs statistiques de paramètres de fonctionnement des machines existants souffrent d'une fiabilité insuffisante et d'une imprécision certaine, ce qui réduit leurs débouchés dans la pratique. Il existe un analyseur statistique de distribution (voir notamment le catalogue de la firme danoise Brul Quiète") constitué par un ensemble de contacts, placés dans un enregistreur, et par un bloc comportant un générateur d'impulsions et treize compteurs électromagnétiques dont douze servent a' ltenregistre- ment de la distribution de niveaux. Lors de l'application de la tension à l'entrée de l'enregistreur de niveau, le générateur d'impulsions commence à délivrer des impulsions, à travers l'un des contacts, à un compteur qui enregistre la durée du signal de niveau correspondant Il en résulte que l'affichage des compteurs traduit la distribution du signal électrique- à contrôler. Ledit analyseur ne permet cependant pas d'étudier des signaux dont la fréquence est supérieure à lou 2 Hz; sa capacité de mémoire est réduite, limitée à 24 heures de traitement continu, d'où l'impossibilité d'utiliser cet appareil pour une analyse de signaux à long terme, par exemple au cours d'une semaine, d'un mois, ou d'une année. L'analyseur en question n'est utilisable qu'associé à un enregistreur de niveau, de plus, il est encombrant et peu fiable à cause des contacts mécaniques, ce qui le rend impropre à un emploi direct dans l'industrie. I1 existe également un analyseur statistique de paramètres de fonctionnement de machines, comportant un convertisseur de grandeurs-physiques (caractéristiques du régime de fonctionnement des machines) en tension, convertisseur dont la sortie est raccordée aux entrées non inverseuses de n comparateurs, en nombre égal à celui de niveaux d'échanti-llonnage de la tension, ayant chacun leur sortie reliée à l'entrée de commande d'une porte appropriée dont l'autre entre est réunie à la sortie d'un générateur d'impulsions de courant stabilisé et dont la sortie est reliée à l'enregistreur correspondant, l'entrée inverseuse de chaque comparateur étant couplée électriquement à la sortie correspondante d'un générateur de tension de référence (voir, par exemple, le certificat d'auteur de ltU.R.S.S. n 436371, cl. G607c). Cet analyseur statistique contient de plus des diodes ayant leur anode raccordée à l'entrée inverseuse du comparateur et leur cathode reliée à la sortie de la porte d'un niveau d'échantillonnage donné et à l'entrée inverseuse du comparateur de niveau d'échantillonnage immédiatement inférieur. Le rôle d'enregistreurs est tenu par des intégrateurs électrochimiques à mercure. Le nombre de niveaux d'échantillonnage de cet analyseur statistique est limité à trois et il faut noter que son montage électronique est très délicat à régler. La précision et la fiabilité dudit analyseur- sont faibles. La présente invention vise à fournir un analyseur statistique de paramètres de fonctionnement de machines qui, grâce à la présence de (n-1) additionneurs assurant le filtrage des si gnaux électriques suivant les niveaux d'échantillonnage, d 'échantillonnage,présente une précision et une fiabilité améliorées. L'analyseur statistique-de paramètres de fonctionnement de machines, selon l'invention, comporte un convertisseur en tensions de grandeurs physiques caractéristiques du régime de fonctionnement des machines, dont la sortie est raccordée aux entrées non inverseuses de n comparateurs en nombre égal à celui de niveaux d'échantillonnage qui ont chacun leur sortie raccordée à l'entrée de commande d'une porte correspondante dont l'autre entre est raccordée à la sortie d'un générateur d'impulsions de courant stabilisé et dont la sortie est raccordée à un enregistreur approprié, l'entrée inverseuse de chaque comparateur étant raccordée électriquement avec la sortie correspondante d'un générateur de tension de référence le susdit analyseur étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre (n-1) additionneurs ayant chacun l'une de leurs entrées raccordée à la sortie correspondante dudit générateur de tension de référence et leurs sorties raccordées aux entrées inverseuses des comparateurs correspondant aux niveaux d'échantillonnage à partir du niveau inférieur jusqu'à l'avant-dernier niveau supérieur, la sortie de chaque comparateur étant réunie à une autre entrée de chaque additionneur correspondant au niveau d'échantillonnage immédiatement inférieur à celui dudit comparateur. L'analyseur statistique selon l'invention présente une précision élevée et une grande fiabilité, et il est remarquable en outre par la simplicité de réglage de son montage électronique. Dans ce qui suit, l'invention sera expliquée plus en détail par la description d'un mode de réalisation préféré mais non limitatif, avec référence au dessin annexé dont la figure unique est un schéma synoptique d'un analyseur statistique des paramè tresse fonctionnement des machines, conforme à l'invention. L'analyseur statistique de paramètres de fonctionnement de machines représenté sur le dessin comporte un convertisseur de grandeurs physiques en tension 1. Comme grandeurs physiques caractéristiques du régime de fonctionnement des machines on peut adopter, par exemple, les suivantes: puissance consommée par le moteur électrique, couple moteur sur la transmission, efforts axial et radial sur l'organe de puissance de la machine, pression dans la commande hydraulique, température des enroulements du moteur électrique, déplacement de la machine, etc. A la sortie 2 du convertisseur 1 sont raccordées les entrées non inverseuses 3 de comparateurs 4 en nombré égal à celui de niveaux d'échantillonnage de la tension. La sortie 5 de chacun des comparateurs 4 est réunie à l'entrée de commande 6 d'une porte correspondante 7, une autre entrée 8 de ladite porte 7 étant raccordée à la sortie 9 d'un générateur d'impulsions de courant stabilisé 10. La sortie Il de chaque porte 7 est reliée à un enregistreur 12 correspondant. La fonction des enregistreurs 12, dans le mode de réalisation particulier en question, est faite par des intégrateurs électrochimiques à mercure (voir, par exemple, catalogue de la firme Takelec Airtronic, 1972). I1 peut également exister des formes de réalisation particulières de l'analyseur utilisant, comme enregistreurs 12, des compteurs électroniques ou électromécaniques. Dans le mode de réalisation considéré,le comparateur 4 est réalise sous forme d'un amplificateur opérationnel. La fonction de la porte 7 est assumée par un microcircuit à transistors (voir, par exemple, le "Guide de l'électronique à semi-conducteurs" de L.P. Hanter). Le rôle d'additionneur est tenu par un amplificateur opérationnel. L'entrée inverseuse 13 de chaque comparateur 4 est couplée électriquement à la sortie 14 d'un générateur de tension de reférence 15. L'analyseur statistique comporte également (n-i) additionneurs 16 dont l'une des entrées 17 est raccordée à la sortie correspondante 18 dudit générateur de tension de référence 15. Ce générateur de tension de référence 15 fournit à l'entrée 13 de chaque comparateur 4 une tension dont la valeur correspond au niveau d'échantillonnage propre à un comparateur 4 donné. Les additionneurs 16 ont leurs sorties raccordées aux entrées t3 des comparateurs 4 correspondant aux niveaux d'échantillonnage à partir du niveau inférieur jusqu'à l'avant-dernier niveau supérieur. Il y a lieu de noter que la sortie 5 de chaque comparateur 4 est réunie à une autre entrée 19 de chaque sddition- neur 16 correspondant à un niveau d'échantillonnage immédiatement inférieur à- celui dudit comparateur 4. De cette façon, le nombre d 'entrées 19 de chaque additionneur 16 croit avec l'abaissement du niveau d'échantillonnage. L'analyseur statistique comporte également une source d'alimentation 20 raccordee au convertisseur 1, aux comparateurs 4, au générateur d'impulsions de courant stabilisé 10, aux addition neurs 16, et au générateur de tension de référence 15. Le fonctionnement de l'analyseur statistique de paramètres de fonctionnement de machines, selon l'invention, s'effectue comme suit. La fonction de convertisseur de grandeurs physiques en tension i est assumée par un convertisseur de puissance dont la tension de sortie traduit la valeur courante de la puissance absorbée par le moteur électrique de la machine. Dans le mode de réalisation particulier envisagé de l'analyseur statistique, le nombre de niveaux d'échantillonnage de la tension est de quatre. Si l'on considère le cas où la tension à la sortie 2 du convertisseur de puissance 1 dépasse celle du premier niveau d'échantillonnage, le plus bas, et, par consequent, celle à l'entrée non inverseuse 3 du comparateur 4, le comparateur 4 reçoit, à travers l'additionneur 16 et sur son entrée inverseuse 13, la tension de référence du générateur de tension de référence 15. Il en résulte l'apparition, à la sortie 5 du comparateur 4, d'un signal venant sur l'entrée 6 de la porte 7 du premier niveau d'échantillonage. La porte 7 s'ouvre et laisse passer le courant de la sortie 9 du générateur d'impulsions de courant stabilisé 10 vers l'intégrateur électrochimique à mercure 12. L'échelle de l'intégrateur électrochimique est graduée en heures.La lecture de l'intégrateur permet donc de déterminer sans aucune conversion le temps de fonctionnement du moteur électrique de la machine avec la puissance comprise entre les premier et deuxième niveaux d'e- chantillonnage. Dès que la tension à la sortie 2 du convertisseur de puissance 1 dépasse celle du deuxième niveau d'échantillonnage,c'està-dire dès que la tension existant à entrée non inverseuse 3 du comparateur 4 correspondant au deuxième niveau d'échantillonnage devient supérieure à celle à son entrée inverseuse 13, le comparateur 4 va délivrer par sa sortie 5 un signal à l'entrée 6 de la porte 7 correspondant au deuxième niveau d'échantillonnage. La porte 7 devient alors conductrice et le courant issu de la sortie 9 du générateur d'impulsions du courant stabilisé 10 va traverser l'intégrateur électrochimique à mercure 12. Dans ce cas, l'intégrateur 12 enregistre le temps de fonctionnement du moteur électrique de la machine avec la puissance comprise entre les deuxième et troisième niveaux d'échantillonnage. En même temps, le signal de la sortie 5 du comparateur 4 correspondant au deuxième niveau d'échantillonnage vient sur l'une des entrées 19 de l'additionneur 16 correspondant au premier niveau d'échantillonnage. I1 en résulte que la tension à la sortie de l'additionneur 16, donc celle à l'entrée inverseuse 13 du comparateur 4 correspondant au premier niveau d'échantillonnage, devient supérieure à celle à son entrée non inverseuse 3.Le signal à la sortie 5 du comparateur 4 s'en trouve annulé, la porte 7 se bloque, et le débit sur l'intégrateur électrochimique à mercure 12 correspondant au premier niveau d'échantillonnage cesse. En cas de dépassement par la tension à la sortie 2 du convertisseur de puissance 1 de chaque niveau d'échantillonnage suivant (plus haut), le courant passe à travers l'intégrateur électrochimique à mercure 12 correspondant audit niveau d'échantillonnage et ne passe pas à travers l'intégrateur électrochimique à mercure 12 représentatif du niveau d'échantillonnage précédent, plus bas. Dans le cas où la tension à la sortie 2 du convertisseur de puissance 1 dépasse le quatrième niveau d'échantillonnage, le plus haut, le courant passe uniquement à travers l'intégrateur électrochimique 12 correspondant au quatrième niveau d'échantillonnage qui enregistre la durée de fonctionnement de lamachine avec la puissance supérieure en quatrième niveau d'échantilkxnage qui est le dernier. Si, par la suite, la tension à la sortie du convertisseur de puissance 1 diminue, le courant passe à travers l'intégrateur électrochimique à mercure 12 correspondant au niveau d'échantillonnage donné et non pas à travers l'intégrateur électrochimique à mercure 12 correspondant au niveau d'échantillonnage précédent, plus haut. A tout instant, le courant ne traverse que l'un des intégrateurs électrochimiques à mercure 12 qui enregistre la durée de fonctionnement de la machine avec la puissance comprise entre un niveau d'échantillonnage donné et le suivant qui est plus haut. Ainsi l'analyseur statistique permet de déterminer la distribution en niveau de la puissance ou de relever l'histogramme de la puissance absorbée par le moteur électrique de la machine en service. Pour obtenir l'histogramme de tout autre paramètre de fonctionnement de la machine, on fait appel au convertisseur de grandeurs physiques en tension correspondant. L'analyseur statis tique selon l'invention, en plus de posséder une haute précision et une grande fiabilité, se distingue par la simplicité de réglage de son montage électronique. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus speciale- ment envisagés; elle en embrasse au contraire , toutes les variantes. -REVENDICATION 1.- Analyseur statistique de paramètres de fonctionnement de machines, comportant un convertisseur i)de grandeurs physiques, caractéristiques du régime de fonctionnement de la machine, en tensions dont la sortie est raccordée aux entrées non inverseuses (3) de n comparateurs (4),en nombre égal à celui des niveaux d'échantillonnage de la tension, ayant chacun leur sortie raccordée à l'entrée de commande (6) d'une porte (7) correspondante dont l'autre entrée (8) est réunie à la sortie d'un générateur d'impulsions de courant stabilisé (10) et dont la sortie est reliée à un enregistreur (12) correspondant, l'entrée inverseuse (13) de chacun desdits comparateurs (4) étant couplée électriquement avec la sortie correspondante d'un-générateur de tension de référence (15), ledit analyseur statistique étant caractérisé par le fait qu'il comporte (n-1) additionneurs (16) ayant chacun l'uns de leurs entrées raccordée à-la sortie correspondante dudit générateur de tension de référence (15) et leurs sorties raccordées aux entrées inverseuses (13) des comparateurs correspondant (4) à un niveau d'échantillonnage- à partir du niveau inférieur jus qu'à l'avant-dernier niveau supérieur, la sortie de chaque comparateur (4) étant raccordée à une autre entrée de chaque additionneur (16) correspondant au niveau d'échantillonnage immédiatement inférieur à celui dudit comparateur (4 > .