Brevet FR2427649A1 — publié le 19791228

La présente invention concerne la commande de processus industriels, notamment des processus comportant des actions cycliques et répétitives. Le brevet britannique 1.441.099 décrit une commande d'un processus répétitif par l'utilisation- de données contenues dans une mémoire. Les signaux provoquant l'extraction des données de la mémoire proviennent d'un générateur d'impulsions couplé à la machine executant le processus à commander. Des signaux de réaction en provenance du déroulement du processus sont renvoyés dans la mémoire pour modifier les données qui déterminent la manière dont la commande de la machine s'effectue. C'est un but de la présente invention d'améliorer le système de commande antérieur pour obtenir une plus grande souplesse dans le fonctionnement et le couplage d'un certain nombre de systèmes de commande. Le système de commande proposé peut être associé à un seul processus cyclique principal ou peut être adapté pour commander un nombre variable de processus répétitifs dont le couplage est liche, par exemple, comme il peut résulter du mouvement de produits dans des groupes partiellement finis le long de bandes transporteuses. Selon la présente invention, un système de commande pour processus répétitifs comprend un calculateur de commande comportant une mémoire ayant une section de stockage de données et une section de stockage de programmes, et une commande de mémoire pour commander l'entrée des données dans la mémoire et leur extraction, des moyens de commande de sortie à plusieurs étages couplés à la commande de mémoire pour fournir une multiplicité d'entraînements de sortie parallèles parl'intern.édiaire d'inter- faces d'actionneurs à plusieurs étages à des actionneurs respectifs d'une multiplicité d'actionneurs qui commandent le dispositif réalisant le processus à commander, des moyens de commande locaux comportant des moyens d'entrée de données et/ou de programmes et des moyens d'affichage couplés à la commande de mémoire, un raccordement séparé de charge et de décharge à la commande de mémoire, grâce auquel des données ou des programmes peuvent etre chargés dans la mémoire du calculateur de commande sous le con trôle de la commande de mémoire ou en être déchargés, un canal pour des signaux de synchronisation qui reçoit des signaux d'un détecteur ou de plusieurs détecteurs associés au dispositif du processus, et les envoie, soit à la commande de mémoire, soit à un calculateur superviseur, et un raccordement d'entrée à la commande de mémoire pour recevoir les signaux de synchronisation soit directement de ce canal, soit du calculateur superviseur, et dans lequel les entraînements de sortie provenant des moyens de commande de sortie sont appliqués aux actionneurs respectifs, selon une séquence déterminée par la commande de mémoire en fonction des données et du programme stockés dans la mémoire. On peut prélever du processus à commander toute forme de signal pouvant être transformée sous forme électrique pour servir de signal de synchronisation d'entrée à la commande de mémoire. Si nécessaire, on peut utiliser un certain nombre de ces signaux de synchronisation et on peut effectuer des calculs en fonction de l'interdépendance de ces signaux de synchronisation pour déterminer quel signal, compte tenu du moment, doit être utilisé pour synchroniser les moyens de commande du dispositif à commander. En utilisant les caractéristiques de cette invention, des unités simples d'actionneurs peuvent avoir une mémoire et des dispositifs de commande de mémoire se présentant normalement sous la forme de microploces- seurs en liaison avec des moyens d'affichage locaux fixés sur le logement des actionneurs qui à leur tour font partie du mécanisme de commande du dispositif. On peut maintenant coupler ensemble ces actionneurs "intelli- gents" à partir d'un signal ou de plusieurs signaux de synchronisation communs provenant de détecteurs associés au dispositif du processus.En variante, le, ou les signaux, de synchronisation peuvent être amenés à un calculateur superviseur qui, à son tour, envoie des signaux de synchronisation de commande aux mémoires réparties associées aux actionneurs répartis et auquel est amenée 1' information concernant le fonctionnement de ces dispositifs de commande et actionneurs locaux. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée en liaison avec le dessin joint sur lequel : La figure 1 est un schéma bloc d'un dispositif de commande de processus, et La figure 2 est un schéma bloc d'un certain nombre de ces dispositifs de commande de processus raccordés dans un système hierarchique à un calculateur. En se reportant à la figure 1, les données Il et les informations de programme 12 sont contenues dans une mémoire 1, de préférence permanen tuf; cette permanence étant obtenue, soit par une conception appropriée de la mémoire, soit grace au soutien d'une batterie. Une commande de mémoire 2, réalisée à partir de dispositifs du type microprocesseur, est utilisée pour charger la mémoire, la commander et en extraire des données en fonction du programme stocké 12 contenu dans la mémoire. Des moyens de commande de sortie 7a à 7n fournissent des entraînements de sortie par l'in termédiaire d'interfaces d'actionneurs 8a à 8n, à des actionneurs Va à 9n, lesquels commandent à leur tour le dispositif exécutant le processus selon le cycle répétitif recherché.Des détecteurs 20 envoient des signaux représentatifs de certains états du processus, qui sont amenés à une entrée de signaux de synchronisation 5 de la commande de mémoire 2 (si on le désire) ou en variante, sont envoyés aux entrées d'un calculateur superviseur. Le système peut être commandé localement par un utilisateur par l'intermédiaire de moyens d'entrée de données et/ou de programmes 4 associés à des moyens d'affichage locaux 3, couplés à la commande de mémoire 2. Par ailleurs, des signaux peuvent être chargés à la fois dans les données 11 et les programmes 12 de la mémoire i, ou en être extraits, au moyen d'un roc- cordement de charge et/ou d'extraction 6 couplé à la commande de mémoire 2 qui organise une telle opération. On peut coupler ensemble des dispositifs de commande de la forme représentée sur la figure 1 en grappes comme on le voit sur la figure 2, dans laquelle un certain nombre de dispositifs de commande "intelligents" 100a à loin, similaires à celui de la figure 1, peuvent être raccordés ensemble à des fins de synchronisation par des conducteurs 1 ; ou des signaux de synchronisation peuvent leur être amenés à partir d'une source commune. Le dispositif 200 sous contrôle envoie des signaux de synchronisation aux dispositifs de commande 100a, ..., etc, par l'intermédiaire d'entrées 5; en variante, on peut utiliser un calculateur superviseur 300 pour envoyer des données, des programmes et des signaux de synchronisation à chacun des dispositifs de commande 100a, ,.., etc, sur les conducteurs 15.Comme autres possibilités, ces données et informations de synchronisation peuvent être amenées d'abord au dispositif de commande loGa, et de là, par l'intermédiaire de la commande de mémoire 2 de ce dispositif de commande, au dispositif de commande 100b, et de là au dispositif de commande 100c, etc; de ce fait, la relation de phases des opérations de ces dispositifs de commande intelligents peut être organisée en fonction des exigences du processus répétitif ou du dispositif 200 à commander. A titre d'exemple, on va décrire la mise en oeuvre de l'invention dans son application à la commande d'un atelier de formage de verre. Dans la description qui suit, on envisagera le type particulier -d'atelier de formage du verre connu sous le nom "atelier à sections indépendantes", dans lequel une multiplicité de mécanismes identiques accomplit les mêmes opérations, bien qu'elles ne soient pas simultanées, sur des pièces ou gobes prédistribués de verre fondu. Dans cet-exemple, on utilise des vérins pneumatiques 9a, etc, pour actionner les diverses parties de l'appareil effectuant le processus, l'interface de vérins 8a, etc, est une bloc de clapets et les moyens de commande de sortie 7a, etc, comportent des solénoïdes qui actionnent chacun des clapets. Il est bien entendu qu'on peut utiliser différentes formes d'interfaces de vérins et de moyens de commande de sortie pour actionner tout type de partie mobile dans le dispositif du processus. Du fait des relations complexes entre les divers paramètres du processus, par exemple la température du gobe de verre entrant, et la synchronisation des mécanismes formant le recipient de verre, il est nécessaire de prévoir un moyen pour régler l'occurence des événements individuels,ou des groupes d'évènements, qui surviennent lors du cycle de formage du récipient de verre. Ces- réglages sont nécessaires pour s'assurer que l'on produit de façon régulière des récipients de qualité marchande, en dépit des variations à court et à long terme des paramètres tels que température du verre, température du moule, vitesse des mécanismes, usure, forme des gobes, et cadence de production. Les installations existantes utilisent des déclencheurs soit mécaniques, soit électriques, pour indiquer au mécanisme de commande pneumatique le momentde changer d'état. Le réglage de la synchronisation d'un certain nombre de ces points de déclenchement, comme ce peut être nécessaire si on change la cadence de production, peut être une opération longue et délicate, et pendant ce temps, de nombreux récipients en verre de qualité inférieure peuvent avoir été fabriqués et rebutés. L'utilisation d'une synchronisation électronique a réduit les risques associés au réglage de la synchronisation du mécanisme, mais si l'on désire améliorer de façon significative la vitesse à laquelle peut être optimisée la qualité des récipients après le changement d'un ou de plusieurs des paramètres liés à la qualité, il est souhaitable de pouvoir régler des groupes de ces points de déclenchement, collectivement en liaison avec d'autres groupes de points de déclenchement. Une façon d'effectuer ces réglages collectifs est d'utiliser-un calculateur numérique pour traiter les demandes des utilisateurs de manière à modifier la synchronisation des groupes de points de déclenchement dans une table de ces points, stockés dans une mémoire. Lorsque les changements ont été effectués et que le modèle global des points de déclenchement a été essayé de façon à être sflr que'le changement prévu ne viole aucune limitation mécanique, telle qu'une interférence mutuelle des mécanismes, alors on peut utiliser la table de synchronisation modifiée pour commander l'opé- ration de formage du verre. La mise en oeuvre du transfert des ordres de synchronisation en provenance d'une table de valeurs stockée à la commande de pression ou de débit pneumatique ou hydraulique-peut s'effectuer en utilisant un certain nombre de systèmes différents. Une technique consiste à passer la nouvelle table de points de déclenchement le long d'une jonction de données numériques entre le calculateur numérique et un système de synchronisation électronique, qui détermine le moment où chaque point de déclenchement est atteint dans le cycle opératoire de l'équipement de formage du verre.En fait, le système de synchronisation peut contenir un ou plusieurs autres calculateurs numériques pour évaluer chaque point de déclenchement et tous ces points de déclenchement, où il peut être constitué par un système logique câblé dont les opérations sont définies par des connexions fixes entre des éléments du système plut8t que par un programme stocké. Par exemple, chaque section d'une machine de formage de verre à sections indépendantes peut être associé à un calculateur numérique à programme stocké. Ce calculateur, qui peut être réalisé en utilisant à la fois des techniques de circuits MSI et LSI (circuits à densité moyenne et circuits à forte densité) n'est responsable que de la commande de sa section de machine associée. Afin que les calculateurs numériques puissent fonctionner de manière coordonnée, on doit prévoir des moyens de synchronisation pour relier les opérations du mécanisme de formage de verre à la coupe et à la distribution des gobes.De façon caractéristique, les moyens de synchronisation peuvent consister en générateurs d'impulsions mécaniques et/ou électriques, actionnés par le mécanisme de formation des gobes, d'où des impulsions de sortie sont envoyées à chaque calculateur numérique associé à chaque section de formage de verre. Les impulsions envoyées de chaque générateur d'impulsions peuvent être utilisées, soit pour déclencher une horloge en temps réel par rapport à laquelle sont évalués les points de déclenchement et envoyés pour commander les mécanismes, soit comme un signal de vitesse avec une impulsion de synchronisation par rapport à laquelle est effectuée la même tache. Le calculateur numérique, dans lequel les taches ci-dessus sont exécutées, peut être physiquement monté de façon étroitement associée au bloc de clapets électropneumatiques ou électrohydrauliques utilisé pour transformer les signaux de déclenchement électriques provenant du calculateur en signaux pneumatiques ou hydrauliques pouvant faire fonctionner les divers mécanismes de cette section. Dans ce cas, il est souhaitable que les moyens de calcul numérique soient capables de résister à l'environnement dans lequel ils se trouvent eux-mAemes sans qu'il soit nécessaire d'exercer des précautions élaborées pour protéger les moyens de calculateur contre cet environnement.L'utilisation d'un microcalculateur est très avantageuse pour atteindre ce but, du fait que sa petite taille et sa large plage de tolérances de température sont bien appropriées à l'environnement. Une mémoire doit être associée au microcalculateur, de façon à conserver à la fois un programme et des données stockées. Cette mémoire peut se présenter d'un grand nombre de façons bien connues, mais il est particulièrement avantageux d'utiliser des mémoires CMO & avec le soutien de batteries ou utiliser des mémoires à bulles du fait de leur permanence en cas de pannes de la source de courant, tout en conservant la possibilité que leurs données ou programmes stockés soient modifiés électriquement sans avoir recours à des moyens extérieurs. Les données ou tables de points de déclenchement stockées qui fournissent des données de travail à chacun des microcalculateurs associés à chaque section de l'équipement de formage de verre sont maintenues dans cette mémoire permanente de façon à pouvoir obtenir un fonctionnement correct du mécanisme, -et de ce fait une continuité de production, même après une panne de courant, sans avoir à recharger les données ou tables de points de déclenchement à partir d'une base de données centrale ou d'un calculateur numérique superviseur. Lors du fonctionnement normal du système, une communication est maintenue sur la jonction de données numériques entre chacun des microcalculateurs satellites et le calculateur numérique superviseur. En conséquence, ce dernier peut lire la table de points dedéclenchement ou l'état de tout microcalculateur satellite ; en variante, il peut charger de nouvelles données dans la table de points de déclenchement ou fournir des ordres de commande. Lorsqu'un utilisateur exige de surveiller ou de modifier un point de déclenchement individuel ou de surveiller ou de modifier l'état de l'équipement, ceci se réalise normalement en utilisant l'appareil de traitement de données du calculateur superviseur pour évaluer les odres de l'utilisateur et établir si ces ordres sont corrects ou non. Si les ordres sont corrects et que la mise en oeuvre de ces ordres n'entratne pas de risques mécaniques dans les mécanismes de formage du verre, un bloc de données appropriées est alors chargé dans le microcalculateur approprié à partir du calculateur superviseur par l'intermédiaire de la jonction de données numérique. Ce nouveau bloc n'est pas sélectionné immédiatement par le microcalculateur, mais est contrôlé par des programmes de détection d'erreurs standard, alors qu'il se trouve dans une zone tampon. Si une erreur est détectée, le microcalculateur demande que le bloc de données lui soit retransmis. Les protocoles de communication définissent une procédure à suivre à chaque extrémité de la jonction de données distale si on ne peut obtenir un transfert de données sans erreurs. Lorsqu'un bloc de données sans erreur a été reçu à l'un des postes satellites, les nouvelles données ou les nouveaux ordres seront mis en oeuvre à un moment déterminé par les données contenues dans le nouveau bloc, de façon à éviter les sauts dans le fonctionnement des mécanismes de formage de verre. Si le dispositif de traitement de'données du calculateur superviseur est incapable d'établir la communication avec l'un quelconque des postes satellites, alors, à la discretion de l'utilisateur, on essaie de communiquer par l'intermédioire J'une unité de clavier et d'affichage manuelle portative locale. L'information ainsi échangée n'est plus soumise au contrale d'intégrité exercé par le calculateur superviseur, et pour cette raison, le protocole de communication est modifié pour permettre seulement à un utilisateur local d'effectuer des changements simples (tels que modifier seulement un point de déclenchement à la fois) et pour s'assurer que ces changements sont seulement mis en oeuvre à un moment où il n'y a pas de saut des mécanismes de formage de verre. Du fait que le formage d'un récipienten verre à partir d'un--gobe fondu amené dans le mécanisme est fondamentalement un processus de transfert thermique, il s'ensuit que des variations de la température du gobe ou de toute partie du mécanisme qui est réellement en contact avec le récipient lors de la formation de celui-ci affecte le taux de transfert thermique du verre et de ce fait, peut affecter la qualité du récipient fini. En outre, des variations de la vitesse de fonctionnement des divers mécanismes affectent la durée de contact avec les moules ou autres parties du mécanisme et de ce fait, modifient les caractéristiques de perte de chaleur et de répartition thermique du récipient en formation. En ajoutant des moyens de détection appropriés auxmécanismes de formage du verre, on peut faire lire les températures et moments critiques par les microcalculateurs satellites, et ces données, soit sous forme traitée, soit sous forme brute, peuvent être envoyées au calculateur numérique superviseur. A ce niveau, le traitement des données permet d'établir des corrections de synchronisation, qui compensent les variations des paramètres mesurés de manière à maintenir constante la qualité des produits tout en réduisant la nécessité d'actions correctives par l'utilisateur. Du fait que ce traitement des données est effectué par le calculateur superviseur, il n'est pas nécessaire d'effectuer des calculs en temps réel sur les données entrantes.Des tables révisées de points de déclenchement peuvent être chargées dans les calculateurs satellites individuels lorsque la manipulation des donnéesest terminée. il est bien entendu que le calculateur superviseur n'est pas une partie essentielle du circuit de mise en oeuvre des processus de commande qui viennent d'être décrits.Pourvu qu'ils y ait un volume de stockage approprié dans la mémoire de chacun des calculateurs satellites, on peut retenir des programmes appropriés dans ces mémoires pour permettre d'effectuer les fonctions décrites ci-dessus. Chaque-dispositif de commande intelligent peut fonctionner d'une manière indépendante, ou un certain nombre de ces dispositifs de commande peuvent coopérer en combinaison, c'est-à-dire fonctionner ensemble sous forme d'un groupe se -faisant passer les informations de l'un à l'autre. Le générateur d'impulsions de synchronisation peut utiliser un détecteur thermique, qui est déclenché par le rayonnement infrarouge de chaque gobe passant. il peut également utiliser une technique pneumatique gracie à laquelle l'interruption d'un jet d'air est détectée, et un signal engendré. En variante, on peut utiliser d'autres méthodes de détection de proximité pour mesurer à la fois la position- et la vitesse du gobe qui passe. Toutefois, la génération d'impulsions de synchronisation n'est pas limitée à la détection des gobes, mais peut utiliser toute fonction primaire du processus. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Système de commande pour processus répétitifs, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur de commande comportant une mémoire ayant une section de stockage de données et une section de stockage de programmes, et une commande de mémoire pour commander l'entrée des données dans les moyens de mémoire et leur extraction de ces moyens, des moyens de commande de sortie à plusieurs étages couplés à la commande de mémoire pour fournir une multiplicité d'entraînements de sortie parallèles par l'intermédiaire d'interfaces d'actionneurs à plusieurs étages, à des actionneurs respectifs d'une multiplicité d'actionneurs qui commandent le dispositif réalisant le processus à commander, des moyens de commande locaux comprenant des moyens d'entrée de données et/ou de programmes et des moyens d'affichage couplés à la commande de mémoire, un raccordement sépa- ré de charge et/ou de décharge de la commande de mémoire, grâce auquel des données et/ou des programmes peuvent etre chargés dans la mémoire du calculateur de commande ou en être déchargés sous le contrôle de la commande de mémoire, un canal pour des signaux de synchronisation qui reçoit des signaux d'un ou de plusieurs détecteurs associés au dispositif du processus et qui les envoie, soit à la commande de mémoire, soit à un calculateur superviseur, et un raccordement d'entrée à la commande de mémoire pour recevoir les signaux de synchronisation, soit directement de ce canal; soit du calculateur superviseur, et en ce que les entraînements de sortie provenant des moyens de commande de sortie sont appliqués aux actionneurs respectifs selon une séquence déterminée par la commande de mémoire en fonction des données et/ou des programmes stockés dans les moyens de mémoire. 2. - Système de commande comprenant, en combinaison, une multiplicité de systèmes de commande selon la revendication 1, organisés pour commander différentes sections du mme processus, caractérisé en ce que les calculateurs de commande sont tous raccordés pour recevoir des signaux de synchronisation de l'un à l'autre ou de tous à une source commune. 3. - e F commande selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un calculateur superviseur envoie les signaux de synchronisation à chaque calculateur de commande et peut également charger des données et des programmes dans chaque calculateur de commande. 4. - Système de commande selon la revendicatior. 3, caractérisé en ce que les données stockées dans la mémoire des calculateurs de commande comportent une ou plusieurs tables de points de déclenchement ou de points de fonctionnement pour les actionneurs, et en ce que le calculateur superviseur peut modifier ces points de déclenchement en groupes, tandis que les moyens de commande locaux peuvent seulement modifier les points un à un. 5. - Système de commande selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, pour commander une machine de formage de verre du type à sections indépendantes, caractérisé en cé que chaque calculateur de commande est associé à une section respective de la machine. 6. - Système de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que les vérins sont commandés par fluide et que les faces d'actionmeurs sont des clapets à commande électrique. 7. - Système de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque calculateur de commande est un microcalculateur physiquement monté en association étroite avec un bloc de clapets électropneuma tiques ou électrohydrauliques contenant les clapets pour les vérins de sa section respective de la machine de formage de verre. 8. - Système de commande selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que chaque section de la machine de formage de verre est équipée d'un détecteur qui envoie un signal de synchronisation lors du passage devant lui de chaque gobe moulé de verre amené dans la section, par exemple en étant un détecteur thermosensible. 9. - Système de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le, ou chaque moyen de commende local est une commande manuelle ou portative. 10. - Système de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mémoire du calculateur de commande, ou de chaque calculateur de commande, est une mémoire soutenue par une batterie électrique ou une mémoire à bulles de façon à être une mémoire permanente.