Brevet FR2401452A1 — publié le 19790323

La présente invention est du domaine des techniques de la commande automatique et el-le a pour objet un procédé pour répartir dans le temps, par impulsions de durée déterminée 7 un certain effet sous la dépendance d'informations données sous forme d'une tension continue ; elle a également pour objet un dispositif à technologie électronique pour la mise en oeuvre de ce procédé ; elle vise aussi une application du procédé au chauffage collectif des immeubles. On connait un procédé de chauffage collectif des immeubles consistant à enclencher pendant une durée prédéterminée des moyens de chauffage tels que radiateurs èlectri1ues, cette durée étant une fraction d'une durée plus longue pouvant être pa exemple de l'ordre de la minute ou de la dizaine de minutes 3 ce procédé utilise un système de rampe et un comparateur de seuil ;; selon ce procédé le chauffage est enclenché pendant dix seoondes par exemple, puis arrêté pendant cin1uante- secon(les, si la période est de une minute, puis enclenché de nouveau pendant dix secondes, etc...., le temps d'enclenchement dépendant d'organes de commande automatiques ou manuels, tels que sondes, réglages, etc 3 un des inconvénients de ce procédé réside dans le fait que si le temps d'enclenchement est assez long, le courant electrique du chauffage peut être utilisé de façon parasitaire. Un autre inconvénient réside dans l'enclenchement simultané de tous les radiateurs de l'immeuble. Selon la présente invention un procédé de commande, ou de régulation au moyen d'une tension électrique constituant l'image analogique de données à prendre en compte, d'au moins un actuateur binaire est caractérisé principalement en ce que la dite tension est appliquée en un certain nombre de créneaux dont la durée est une fraction sensiblement centésimale d'un intervalle de temps déter- miné et repéré les dits créneaux tant sensiblement équirépartis sur le dit intervalle ; il résulte du choix -centtsimal de cette fraction, d'une part une grande facilité de contrôle du temps de fonctionnement de l'actuateur, ce temps de fonctionnement 51 exprimant en pourcentage d'un fonctionnement continu, ou encore maximal, et d'autre part une quasi-équirépartition des créneaux sur le dit intervalle. Le procédé est caractérisé à titre secondaire en ce que le nombre des créneau contenus dans le dit intervalle est sous la dépendance d'une tension électrique continue, réglable manuellement et/ou autom tique- ment, par l'intermédiaire dlune chaine de conversion analogique-digi- tale De préférence la dite haine ou suite d'opérations comporte les opérations suivantes (ou en terme de moyen, les opérateurs adéquats suivants) : traduction (traducteur) de mesures en provenance de sondes, de rglage et de consignes manuels, de comman- des à distance, en une tension continue ; conversion (convertisseur) de la dite tension continue en une tension périodique de fréquence variable en fonction de la valeur de la tension continue ; division (diviseur) de la tension périodique en une tension de plus basse fréquence at de forme rectangulaire ayant deux tatas déterminés distincts, la période de la tension ainsi convertie et divisée pouvant varier, selon la valeur de la tension continue, entre une valeur comprise entre la moitié (le la durée dlun dit créneau et la durée du dit intervalle ; formation à partir d'une base de temps d'un signal d'horloge en impulsions équidistantes entre elles de la curée d'un ait créneau (base de temps) ; mélange (mélangeur) de la tension de forme rectangulaire avec le signal d'horloge pour produire consécutivement au passage du premier état au second état de la dite tension rectangulaire durant la période séparant une première d'une seconde impulsion consécu- tiveXun signal de sortie constitué par les dits créneaux en synchronis- me d'apparition et de disparition avec la seconde impulsion et la suivante respectivement. La présente invention vise aussi l'application du procédé ci-dessus décrit au chauffage collectif des locaux d'immeuble par dissipation par effet Joule d'une energie électrique délivrée par l'actuateur précité, la durée du créneau étant alors chois entre une valeur de quelques centièmes de secondes et de quelques secondes,et de préférence d'une secon(le, d'où il résulte que l'énergie électrique délivrée aux radiateurs ne peut entre utilisée à d'autres fins que le chauffage sans inconvénients appréciables.De préférence dans ce cas d'applicationS le dispositif de régulation de la températu- re mis.en oeuvre par le procédé précité comporte deux type de sous ensembles, à savoir : au moins un premier sous-ensemble dit bloc central de commande, incorporant le traducteurS le convertisseur, le di- viseur, la base de temps pouvant être commune à plusieurs blocs, le mélangeur, le dit bloc central étant destiné à fournir à l'actuateur un certain nombre de créneaux rectanulaires et étant sous la dépen- dance d'au moins une sonde automatique et/ou au moins un organe de réglane manuel, et au moins un second sous-ensemble dit organe de commu- tation ou commutateur incorporant le dit actuateur, activé par au moins un créneau, le dit commutateur commandant le chauffage d'au moins un radiateur dans un local. De préférence dans le cas ou où des locaux du bâtiment jouissent de certaines conditions climatiques,et d'autres locaux d'autres conditions climatiques différentes, il est prévu une pluralité de blocs centraux de commande chaque bloc étant affecté à tous ceux des locaux du bâtiment comportant un radiateur qui jouissent des mêmes conditions climatiques.De préférence encore, chaque organe de commutation dtune pluralité d'organes est pourvu de moyens dits adaptateurs pour, éventuellement, réduire d'une durée voulue la durée de chaque créneau ; avantageusement les dits moyens adaptateurs sont consitués par un circuit de retard décalant dans le temps le dé- but de chaque créneau, d'où il résulte la possibilité de réduire la puissance efficace moyenne délivrée parl'actuateur afin de pondérer celle-ci en fonction de caractéristiques de déperditions thermiques de chaque local. La présente invention sera mieux comprise et des détails et des modalités particulières d'exécution,relevant aussi de l'invention,apparaitront à la description qui va être faite d'une application au chauffage dlun immeuble en relation avec les diagrammeset schémas des figures des planches annexées dans lesquelles La Fig. 1 est un tableau synoptique des fonctions d'un bloc central de commande pour 1 mise an oeuvre du procédé de l'invention, La Fig. 2 est un schéma plus détaillé du mélangeur du bloc de la Fig. 1, La Fijg. 6 est tir diagramme des principaux signaux d'un commutateur, La Fig. 3 est un tableau synoptique des fonctions d'un commutateur sous la dépendance du bloc de la Fig. 1, La Fig. 4 est un diagramme des principaux signaux caractérisant le procédé de l'invention, et La Fig. 5 est un schéma détaillé an adap- tapeur du commutateur de la Fig. 3. Sur la Fig. 1 un bloc central 1 affecté à tous ceux des locaux d'un bâtiment jouissant des mêmes conditions climatiques, par exemple les locaux exposés au nords reçoit un cwr- tain nombres de données en provenance de sondes extérieures,telles 2, 3 et 4pouvant être des sondés de mesure de température, de vitesse des vents, d'hygrométrie etc.... ; ces données sont recueillies sous forme de tension électrique et sont traitées et additionnées dans un élément 57dit traducteur, du bloc I pour être traduites en une tension unique 6, variable en fonction des conditions extérieures et dont l'amplitude de variation peut être modifiée au moyen de réglages manuels 7 et de commandes à distance 8.La tension 6 est traitée par un convertisseur 9 "tension-fréquence" et elle est transformée en une tension périodique 10 dont la fréquence varie en fonction de la valeur de la tension 6 ; la tension périodique 10 est introduite dans ul diviseur 11 où elle est transformée en une tension périodique 12 de plus basse fréquence et de forme rectangulaire ; la division st telle que le période de la tension 12 pe-ut varier selon la valeur de la tension continue 6 entre une valeur comprise entre la moitié de la durée d'un créneau et la durée d'un intervalle, ces deux durées, dont la première est sensiblement égals, selon l'invention, au centième de la deuxième, étant déterminées par une horloge ou base de temps 13.L'horloge 13 émet, dans le cas de la forme préférée de réalisation, un premier signal 14 comportant des impulsions toutes les secondes et un second signal 15 comportant une impulsion toutes les cent secondes, ce second signal servant de signal de remise à zéro du diviseur 11. Les signaux d'horloge 14 et de tension périodique 12,constituant l'image en fr- quence des données,sont confrontés dans un mélangeur 16. Sur la Fig. 2 represen-tant de façon plus détaillée le mélangeur 16, le signal 12 est appliqué à l'entrée "horloge" (C) d'une bascule logique 17 du type D déclenchant sur transition positive, l'entrée "données" (D) étant maintenue à l'état logique "un", la sortie de cette bascule délivrant un signal intermédiaire 18 mémorisant la transition positive du signal 12 ; le signal 18 est appliqué à l'entrée "données" d'une bascule 19 identique à la précédente, la bascule 19 recevant sur son entrée "horloge" (C) le complément logique du signal d'horloge 14 de la base de temps et recevant sur son entrée "remise à zéro" (R) le signal d'horloge 14 ; le signal 31 délivré à la sortie Q de la bascule 19 est appliqué par l'intermédiaire dlun dif- férenciateur comprenant une capacité 32 et une résistance 33 à l'entrée "remise > zéro" de la bascule 17. il est dès lors compréhensible pour l'homme de l'art (en se référant au diagramme de la Fig. 4) que la première transition positive du signal 12 ayant lieu est mémorisée sous forme d'état positif 181 du signal intermédiaire 18 pour donner lieu lors de la coincidence d'une impulsion d'horloge 141 et d'un état positif 181 du signal intermédiaire à un etat positif du créneau 311 du signal de sortie 31 (l'utilité de la mémorisation apparait clairement lorsque la période du signal 12 devient inférieure à la période de la base de temps1 par exemple en considérant successivement la partie gauche et la partie droite du diagramme).Ainsi un mélangeur selon la dé- finition qui lui est donnée, produit, à partir du signal de tension de forme rectangulaire 12 et du signal d'horloge 14 consécutivement au passage (transition) d'un premier état 120 à un second état 121 du signal 12 durant la période séparant une première impulsion 141 d'une seconde impulsion 142 consécutive,un signal 31 de sortie constitué par des créneaux tels que 311 en synchronisme d'apparition et de disparition avec la seconde impulsion 141 et la suivante respectivement. Sur la Fig. 3 un ensemble de commutation 40 destiné à alimenter en courant du secteur 41 au moins un radiateur électrique tel que 42incorpore un adaptateur 43 recevant le signal 31 et restituant un signal 44, un photocoupleur 45rassurant l'isolation entre le bloc 1 de la Fig. 1 et le secteur 41 et restituant à partir du signal 44 un signal identique 44', un déclencheur synchrone 45 destiné à déclencher au moins un triac tel que 46 lors du passage à tension nulle des alternances du secteur, et un synchronisateur-secteur 47 de commande du déclencheur synchrome 45. Un point secondaire mais important de l'in Invention réside dans les fonctions de l'adaptateur 43 ; en effet outre une fonction d'adaptation d'impédance,cet organe est également destiné à créer éventuellement un retard dans la transmission de la transition positive de chacun des créneaux du signal 31 ; la Fig. 5 fournit un schéma détaillé d'une forme particuliere d'exécution d'un tel adapta tour, sur lequel il est clair pour l'homme de l'art que, la diode de Zoner Zi fournissant une tension stabilisée aux bornes de la constante de temps P1 C1 et du déclencheur à seuil B, le déclencheur B et la constante de temps C1 PI permettent, par la charge du condensateur C1, de retarder plus ou moins selon la valeur de PI, les transitions positives du signal 31 et, grace à la diode D1, seulement ces transitions positives. Deux autres pointe secondaires mais importants de l'invention résident dans les fonctions du déclencheur syn chrono 45, à savoir s la commutation du triac lors du passage du secteur au voisinage de la tension nulle, et le masquage des transitions négatives du signal en créneau lorsqu'elles sont immédiatement suivies d'une transition positive. Ces fonctions seront mieux analysées en référence au diagramme de la Fig. 6, dont l'échelle des temps est considérablement agrandie par rapport a celle du diagramme de la Fig. 4. Concernant la réalisation de la première fonction, le demandeur recom -mande un moyen simple de commande du triac lors du passage du secteur au voisinage de la tension nulle, moyen consistant à écrêter la tension de secteur 41 à l'aide de diodes écreteuses ce qui produit un signal sensiblement carré 410, puis à générer des créneaux 451 de courte durée (par exemple d'une milliseconde) et de polarité convenable débutant en synchronisme avec chaque transition e secteur écrêté,et de puissance convenable pour pouvoir commander la conduction du triac. Concernant la réalisation de la seconde fonction, un signal dérivé 441 est formé à partir du signal 44' l'état inactif 442 du signal 441 étant pris avec un retard compris entre une demie-alternance et une alternance du secteur, retard donnc par un circuit R1 C2 ; la coincidonce dans-une porte logique de l'état actif et d'une impulsion 452 de commande du triac permet le passage de cette impulsion pour déclencher le trisc qui délivre la tension 653 aux bornes d'un radiateur ; les signaux figurés en pointillas cor resgondent au cas où une transition 441' est suivie immédiatement, c'est à dire dans un temps inférieur au retard donné par le circuit RI C2, d'une transition inverse 442'. Enfin le procédé de l'invention trouve un champ idéal d'application dans le chauffage collectif pour lequel il permet de graduer la dépense d'énergie en fonction des conditions extérieures et en fonction des données d'expérience qui seront acquises lors de l'entrée en fonction, pour lequel il permet aussi un ménagement optimal des installations de transformation. Le procédé de l'invention est aussi applicable à n1 importe quelle technique exigeant un dosage fin d'énergie et dans laquelle il n'y a pas d'inconvénient à fractionner cette énergie dans le temps. Le champ d'application de la présente invention est défini par les revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé de commande au moyen d'une tension électrique d'au moins un actuateur binaire, caractérisé en ce que la ditè tension est appliquée en un certain nombre de créneaux dont la durée est une fraction sensible ment centésimale d'un intervalle de temps detsrminé et repéré, les dits créneaux étant sensiblement quirépartis sur le dit intervalle, d'où il résulte d'une part une grande facilité de contrôle du temps de fonctionnement de l'actuateur, ce temps de fonctionnement s'exprimant en pourcentage d'un fonctionnement con tinu, ou encore maximal, et d'autre part une quasi-équirépartition des créneaux sur le dit intervalle ; 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre des créneaux contenus dans le dit intervalle est sous la dépendance d'une tension élec- trique continue, réglable manuellement et/ou automatiquement, par l'intermédiaire d'une chaîne de conversion analogique-digitale 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dite chaîne comporte les opéra tions suivantes (et les opérateurs adéquats) - traduction (traducteur) de mesures en provenance de sondes, de réglages et de consignes manuels, de commandes à distance, en uue tension continue - conversion (convertisseur) de la dite tension continue en une tension périodique de fréquence variable en fonction de la valeur de la tension continue - division (diviseur) de la tension périodique en une tension péris dique de plus basse fréquence et de forme rectangulaire ayant deux états déterminés distincts, la période de la tension ainsi convertie et divisée pouvant varier, selon la valeur de la tension continue entre une valeur comprise entre la moitié do la durée dtun dit cr=- neau et la durée du dit intervalle - formetion (base de temps) à partir d'une base de tels d'un signal d'horloge en impulsions équidistantes entre ellesde la durée d'un créneau - mélange (mélangeur) de la tension de forme rectangulaire avec le signal d'horloge pour produire consécutivement au passage du premier état au second état de le dite tension rectangulaire durant 1 pé riode séparant une première et une seconde impulsion consécutive, un signal de sortie constitué par les dits créneaux, en synchronis- me d'apparition et de disparition avec la seconde impulsion et l'ir pulsion suivan-te respectivement 4.- Procédé selon la revenaication 3 applique au chauffage des locaux de batiment par dissipation par effet Joule d'une énergie électri- que délivrée par le dit actuateur au moins, caractérisé en ce que la durée du dit créneau est com prise entre quelques centièmes de seconde et quelques secondes, étant de préférence d'une seconde, d'où il résulte que l'énergie délivrée ne peut être utilisée à d'autres fins que le chauffage, sans inconvé nients appréciables ; 5.- Dispositif de régulation de la température d'un local mettant en oeuvre le procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4, carac térisé : en ce qu'il comporte - au moins un blo-c central de commande incorporant le traducteur, le -convertisseur, --le diviseur, la base de temps pouvant être commune à plusieurs blocs, le mélangeur, le dit bloc central tant destiné à fournir à l'actuateur un certain nombre d'impulsions rectangulaires et étant sous la dépendance d'au moins une sonde automatique et/ou au moins un organe de réglage manuel, - au moins un organe de commutation constituant le dit actuateur activé par au moins une impulsion rectangulaire, le dit communtateur commandant le chauffage d'au moins un raditeur dans un local 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par une pluralité de blocs centraux de com mande, chaque bloc étant affecté a tous ceux des locaux Qu bâtiment comportant un radiateur qui jouissent dos mêmes conditions climati ques ; 7.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé : en ce que chaque or ale de commutation d'une pluralité d'organes est pourvu de moyens dits adaptateurs pour, éventuellement, réduire d'une durée voulue la durée de chaque créneau 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé : en ce que les dits moyens adaptateurs sont constitues par un circuit do retard décalant dans le temps le début de chaque créneau.