Brevet FR2486091A1 — publié le 19820108

L'invention se rapporte à un réseau d'identification, de télétransmission et de coordination pour la sécurité des opérations de fonctionnement nécessitant l'intervention d'unités mobiles dans une cokerie. Outre la sécurité, l'invention se propose d'automatiser entièrement les interventions de défournement et d'évacuation du coke avec le maximum de sécurité. Une cokerie fonctionne en continu depuis sa mise à feu jusqu'à ce que le garnissage réfractaire des fours soit détruit. Ces exigences imposent une disponibilité constante du matériel de fonctionnement, notamment des unités mobiles nécessaires au défournement et à l'évacuation du coke telles que défourneuse, guide-coke, arrache-porte, wagon d'évacuation... Ces machines sont généralement dédoublées pour permettre les opérations de défournement et d'évacuation à tout moment. Les volumes manipulés nécessitent la mise en oeuvre de moyens importants qui impliquent des actions coordonnées entre deux ou plusieurs machines. En effet, la défourneuse opère de l'autre côté de la batterie de fours que le guide-coke, l'arrache-porte et le wagon à coke. Ces machines puissantes opèrent en aveugle. Les machinistes conduisent leurs engins en ignorant l'empla- cement exact de l'autre machine, devant se situer parfaitement en face du four choisi pour la manoeuvre. Le contrôle direct de première sécurité s' avè- re difficile. En effet, la puissance de la défourneuse est telle qu'il est impossible de savoir, à partir du courant consommé pendant son fonctionnement, si le pain de coke est expulsé du four à travers la porte ouverte ou si la porte, restée fermée, a cédé. I1 arrive que la porte soit défoncée et le guide-porte renverse. Les accidents se montrent certes peu fréquents mais toujours lourds de conséquences pour les personnes, les biens et l'exploitation de la cokerie dont le fonctionnement doit être assuré de façon continue. Les machinistes travaillent d'après les relevés manuels adressés à une unité de commande centrale. Pendant longtemps, et encore actuellement, les seuls échanges d'informations entre eux se sont limités à l'envoi de signaux sonores, selon un code convenu entre les parties. On comprend que ce mode de travail puisse engendrer les accidents que l'on connaît, résultant pour la plupart de la seule erreur humaine : méprise, faute d'attention, mauvaise compréhension... Avec l'apparition des radiotéléphones et des communications par courants porteurs, les machinistes pouvaient déjà signaler leur position et convenir d'une intervention dans un four bien déterminé. Cette aide apporte déjà un progrès important car les intervenants peuvent communiquer en clair leurs intentions, leur position et les instructions de manoeuvre. Les risques d'accidents résultant de l'incompréhension entre les conducteurs sont, de ce fait, grandement réduits; par contre, les risques provoqués par l'inattention subsistent. Malgré la solution intéressante apportée, ces moyens n'éliminent pas l'erreur humaine. Conscients de ces graves dangers, les responsables de l'exploitation des cokeries ont sollicité les industriels pour la mise au point de dispositifs de détection de position qui devraient permettre de garantir toute la sécurité nécessaire au niveau des interventions de fonctionnement. Ainsi, divers ensembles de détection à couples émetteurs-récepteurs ont déjà été étudiés. Deux techniques ont principalement été mises en oeuvre. Tout d'abord, la détection par rayonnement gamma. Cet ensemble peut présenter d'intéressantes possibilib tés de détection efficace. Toutefois, cette efficacité n'apparaît qu'à des puissances de rayonnement jugées trop impor- tantes pour être utilisées en exploitation industrielle à proximité de présence humaine. On a expérimenté également la détection par faisceau laser. La grande directivité du pinceau émis laissait espérer une détection précise. Malheureusement, les problèmes d'environnement : chaleur du four, matières incandescentes, pièces métalliques, constituent un obstacle absolu à l'efficacité de ce procédé. De ce fait, ces ensembles de détection n'ont jamais dépassé le stade expérimental. Aucun dispositif industriel fiable n'a pu être construit. De plus, ils ne détecteraient que la concordance d'alignement devant un four donné, sans pouvoir indiquer qu'il s'agit du four correct. En fait, la sécurité réclame une solution plus complète. I1 faut pouvoir indiquer, avec un degré de certitude important, que les machines sont bien en face du four visé pour la manoeuvre. L'invention se propose d'apporter la sécurité qui manque, par la coordination de fonctionnement et la vérification d'alignement des machines intervenant dans les opérations de défournement et d'évacuation du coke. Elle propose aussi une solution d'automatisation complète de ces interventions, en gardant un grand coefficient de sécurité. Le principe général de l'invention consiste à identifier les fours par des repères magnétiques fixés à demeure selon une disposition codée, à lire ces codes par des circuits de détection présents sur les machines, à les comparer aux ordres reçus, à transmettre ces informations par un réseau de télétransmission par courant porteur vers la machine pilote qui ordonne la manoeuvre, à comparer les informations des différentes machines intervenant et à autoriser le début des opérations. Dans une réalisation plus évoluée de l'invent ion, on prévoit d'automatiser le déplacement des machines par un détecteur de proximité qui commande le ralentissement et l'arrêt devant le four choisi pour la manoeuvre. Les moyens employés sont caractérisés par l'association d'un réseau d'identification par repères magne- tiques avec les circuits de lecture et de commande prévus sur chaque machine, en intercommunication de transmission d'informations ou de réception de commandes par courants porteurs, en vue de la coordination de fonctionnement assurée par une machine pilote, elle-m8me commandée par un poste central. L'ensemble selon l'invention apporte une coordination poussée des mouvements des différentes machines de service. Il contribue à l'amélioration de la rentabilité par la réduction des risques d'erreur et des temps morts. La conception de cet ensemble et la nature de ses composants assurent un service permanent dans les conditions d'exploitation les plus sévères. La technique utilisée est remarquable par l'absence totale de câblage aussi bien au niveau des transmissions qu'au niveau détection. La transmission des informations entre les machines s'effectue par la technique éprouvée des courants porteurs utilisant les rails d'alimentation électrique existants comme supports des signaux transmis. On profite des avantages des liaisons par courants porteurs - utilisation pour les transmissions des lignes d'a limentation existantes - simplicité de mise en oeuvre - sécurité d'emploi et de fonctionnement - prix de revient modéré, permettant un amortissement rapide - conditions de fiabilité inégalées. La codification par repères magnétiques ne nécessite pas de câblage. On fixe à demeure les aimants permanents au droit des fours, sur des plaques d'identification. Il en résulte les avantages suivants - installation rapide du système et sans travaux im portants - aucune gêne ou danger par la présence de fils. La détection magnétique se réalise par induction, donc sans contact mécanique, c'est à dire sans usure et sans frottement, de façon totalement insensible aux écarts relatifs dus aux débattements de roulement ou à la dilatation. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier, description effectuée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est le plan général d'une cokerie avec figuration des machines intervenant dans les opéra tions de défournement et d'évacuation; - la figure 2 est une vue schématique, en coupe trans versale, représentant la défourneuse, le guide-coke, l'arrache-porte, le wagon d'évacuation et les empla cements des repères magnétiques d'identification se Ion l'invention; - la figure 3 est le schéma synoptique général de l'en- semble d'identification, d'intercommunication et de coordination pour la sécurité des interventions dans les cokeries selon l'invention;; - la figure 4 est le schéma-bloc ou diagramme des liaisons entre blocs de fonctions d'une machine pi lote, par exemple la défourneuse; - la figure 5 est le schéma-bloc ou diagramme des liaisons entre blocs de fonctions d'une machine com mandée; - la figure 6 est le schéma-bloc des liaisons d'une machine à logique cabalée. Dans une cokerie, interviennent essentiellement trois types de machines mobiles sur rails le long de la batterie 1 de fours 2. Il s'agit tout d'abord de la défourneuse 3 avec son bélier 4 dont le r8le est de pousser le chargement de coke hors du four, ensuite du guide-coke 5 et son arrache- porte 6 et, finalement, du wagon 7 de récupération et son tracteur 8 permettant l'évacuation du coke encore chaud, La défourneuse évolue et travaille du c8té 9 de la batterie 1 de fours, alors que le guide-coke 5, son arrache-porte 6 ainsi que le wagon de récupération 7 et son tracteur 8 travaillent du coté évacuation 10. La majorité des accidents résultent de la ,lallvaise concordance des machines opérant de part et d'autre de la batterie de fours. Les défauts d'alignement et de coor dilation sont consécutifs à la mauvaise intercommunication et interprétation entre les machinistes. La présente invention se propose de remédier à ces difficultés par l'établissement d'un réseau d'identification et de coordination, conçu pour respecter, dans tous les cas, les règles de la sécurité positive. La machine pilote choisie reçoit les instructions d'un poste central et les informations des autres machines intervenant dans l'opération de défournement et d'évacuation du coke. Les instructions sont transmises aux machines commandées qui indiquent leur position et leur aptitude à recevoir des ordres d'exécution. L'ensemble selon l'invention comprend d'abord un réseau permettant l'identification de chaque four sous la forme de repères magnétiques, par exemple des aimants permanents li soudés ou fixés à demeure sur des plaques d'identification 12, de part et d'autre de la batterie au droit de chaque four, sur le chemin de roulement de chaque machine. Ces repères sont placés selon une disposition codée. Le numéro de chaque cellule est traduit en code BCD par un nombre composé de chiffres 0 et 1. Le chiffre 0 est matérialisé par l'absence d'aimant alors que la présence d'un aimant indique le chiffre 1. Chaque machine comporte un bloc de détection 13, formé de détecteurs par induction fixés sur le côté face à la batterie de fours, à la hauteur des plaques d'identification, de façon que les champs des détecteurs défilent devant chaque plaque d'identification au moment du passage de la machine. Il existe autant de détecteurs que de chiffres 0 et 1 possibles dans la numérotation codée des fours,é--ventp plus un détecteur supplémentaire permettant de mettre en évidence la plaque d'identification et de déclencher ainsi la lecture. La numérotation est transmise en perinanence la machine pilote qui prend en compte les positions des autres machines et autorise le début des opérations selon les circuits et les phases ci-après. La machine choisie comme pilote dans l'exemple ci-après sera la défourneuse 3. On examinera tout d'abord la constitution générale des circuits de chaque machine au niveau de l'ensemble selon l'invention en référence à la figure 3. Ce schéma permet de visualiser ensemble selon l'invention dans ses fonctions principales. Chaque machine comprend une voie de réception 14 et une voie d'émission 15, par utilisation de la technique des courants porteurs sur des fréquences distinctes F1 et F2, respectivement de réception et d'émission. Ces voies de transmission sont connectées au réseau d'alimentation électrique de chaque machine, constitué par exemple par les rails 16 et 17. -Les réseaux sont reliés entre eux par des circuits de couplage haute fréquence tels que 18. Les circuits intérieurs de chaque machine comportent une unité centrale de décision 19. Dans le cas d'une machine asservie, cette unité reçoit les informations extérieures pour exécution, par la voie de réception 14 sur la fréquence F1, et les informations sur le mouvement de la machine par une interface 20 d'entrée des paramètres de translation, ainsi que les informations de position, d'identification et de ralentissement par deux voies parallèles de détection 21 et 22. L'unité centrale de décision 19 reçoit les informations de la machine pilote, ou, pour cette dernière, d'un poste central, et commande les organes moteurs en liaison avec les autres machines. La machine pilote comporte, en plus, des fonctions de coordination. On examinera ci-après plus précisément le détail des circuits en blocs de fonction de la machine pilote et des machines asservies, représentés respectivement par les figures 4 et 5. Il convient tout d'abord d'indiquer que ltensemble de coordination et de sécurité selon l'invention pour ra être complété par un réseau de détection de proximité en vue de l'automatisation complète du fonctionnement d'ensemble ct de la marche de chaque machine. Ce réseau comprend une série de repères métalliques tels que 23 par exemple sous forme de plaquettes fixées au droit des montants séparatifs de chaque cellule de four, à hauteur d'un ensemble détecteur de proximité 24, for mé d'une tête pivotante ou escamotable à détecteur de proximité 25, de préférence du type inductif à sortie linéaire. Cette fonction supplémentaire permet la commande en ralentissement et l'arrêt des machines très exactement en face de la cellule désignée pour la manoeuvre. La tension de sortie est une fonction linéai- re de la distance existant entre la face sensible du détecteur et la plaquette métallique repère 23. Moyennant un étalonnage approprié, on peut ainsi commander le ralentissement de la machine à partir des informations fournies lors du franchissement de la plaquette repère 23 concernée. Plus précisément, la machine pilote, la défourneuse 3 dans notre cas, comprend l'association des blocs de fonction ci-après. L'unité centrale de décision 19 reçoit les informations extérieures par les liaisons suivantes - liaison à un poste central ou un ordinateur fournis sant le plan de travail par l'interface 26 d'entrée des instructions; - liaison aux capteurs de mouvements ou aux organes moteurs par l'interface 20 d'entrée des paramètres de translation; - liaison 21 au détecteur 13 d'identification des nu méros des cellules de four; - liaison 22 à l'ensemble 24, 25 de détection de pro ximité. L'unité centrale de décision 19 gere le dépla- cement de la défourneuse, compte tenu des informations quelle reçoit de ses circuits de liaison avec l'extérieur. Pour ce faire, elle commande directement llar- rêt ou le ralentissement de la défourneuse 3, à travers l'in terface de sortie 27, reliée aux circuits de commande des organes moteurs. Elle transmet ses instructions par la voie émission 15, à travers un module de codage et de multiplexage 28 qui interroge périodiquement les autres machines à partir d'un compteur d'adresses 29. Le module 28 contrôle la concordance de position des machines asservies et de la machine pilote, à partir des informations reçues d'un comparateur de positions 30, recevant les informations de position des autres machines par la voie de réception 14 à travers un module de décodage et de démultiplexage 31. Le comparateur de positions 30 valide la commande provenant de l'unité de décision 19 au niveau de l'interface de sortie 27. Les machines asservies présentent une association de fonctions logiques beaucoup plus simples. L'unité centrale de décision 19 reçoit les instructions de manoeuvre par la chaîne de réception 14 et le module 31. Elle transmet sa position par la voie émission 15 à partir du codeur 28. L'unité centrale 19 est reliée au bloc de détection 13 d'identification de position et à l'ensemble de détection de proximité 24,25. Elle est reliée également à l'interface 20 d'entrée des paramètres de translation. L'unité centrale 19 commande les organes moteurs de la machine à travers l'interface de sortie 27. On décrira ci-après les différentes phases du fonctionnement de l'ensemble selon l'invention, en référence aux figures de 1 à 5. La machine pilote, dans notre exemple la défourneuse, reçoit un plan général de travail sur son interface 26 d'entrée d'instructions à partir d'un poste central ou d'un ordinateur, qu'elle met en mémoire, Dans un mode de travail à surveillance constante, le nouvel objectif est communiqué à la défourneuse après chaque opération. Elle le prend en compte, après conversion dans son interface 26 d'entrée d'instructions et le transmet aussitbt aux autres machines par les liaisons à courants porteurs sous la forme d'un message série codé par le module de codage et de multiplexage 28, reçu par les voies de réception 14 et exploité par l'unité centrale 19 de chaque machine après décodage 31. Après la réception des accusés de réception la défourneuse autorise le déplacement des machines et effectue le sien propre. L'unité centrale de décision 19 gère le déplacement de chaque machine en liaison avec la machine pilote, compte tenu de l'objectif mis en mémoire, des paramètres de translation fournis par l'interface d'entrée 20 et de l'identification des fours intermédiaires dont le code particulier est reconnu par les détecteurs 13. Au passage devant le four précédant ltobjec- tif, I'unité 19 commande le ralentissement de la machine, par passage en vitesse d'approche lente, et commande la mise en place du détecteur inductif 24,25 permettant la localisation précise de l'axe de l'objectif matérialisé par un repère métallique 23, puis commande l'arrêt de la machine à travers l'interface de sortie 27. Le wagon à coke ne nécessitant pas une mise en place très précise, utilise uniquement son détecteur 13 pour commander l'arrêt au droit de l'objectif. La phase de déplacement ou de mise en place face à l'objectif terminée, la défourneuse débute une procédure d'interrogation cyclique des autres machines, à l'aide du compteur d'adresses 29, ceci afin de contrôler la concordance de leur position par rapport à l'objectif assigné. Les réponses des différentes machines sont traitées par le comparateur de positions 30 qui autorise le declenchement du cycle de défournement lorsque la concordance de position de toutes les machines intervenant dans l'opéra- tion est établie. Les opérations de défournement sont effectuées selon le processus habituel avec contrôle permanent du bon deroulement de chaque opération intermédiaire. Pendant toute la duree de défournement, le dialogue permanent entre la défourneuse et les autres machines est maintenu pour acheminer les divers ordres de service et recevoir les accusés de réception. En fin d'opération, dès le retour du bélier de la défourneuse, cette dernière autorise le déplacement des autres machines pour une autre séquence de travail qui débutera par l'indication d'un nouvel objectif. A titre purement illustratif des moyens généraux de logique programmée indiqués ci-dessus, on décrira maintenant un exemple de réalisation des circuits en logique câblée en se référant à la figure 6. On retrouve la voie de réception 14 aboutissant au module de décodage et de démultiplexage 31, ainsi que la voie d'émission 15 à partir du module de codage et multiplexage 28. L'ensemble du circuit est alimenté par un bloc redresseur 32. Le module décodeur 31 est relié, sur sa voie principale, d'une part à un module d'affichage 33 de l'objectif et, d'autre part, à un premier comparateur 34 effectuant la comparaison entre la position de la machine et de l'objec- tif. Le module décodeur 31 est également relié à un circuit de coincidence 35 vers une visualisation double 36. Le circuit de détection 13 est relié d'une part à un module d'affichage 37 de la position de la machine et d'autre part à un deuxième comparateur 38 à travers un compteur 39. La sortie de ce deuxième comparateur est connectée à un compteur de défauts 40 et à travers une porte 41 à une visualisation de défauts 42 et à une porte générale 43 d'autorisation de manoeuvre. Ladite porte 43 reçoit, comme le compteur 39, des signaux de mise en synchronisme à partir de 44 à travers un bloc d'initialisation 45. La porte générale 43 possède quatre entrées correspondant aux signaux de sortie du premier comparateur 94, aux signaux de position du locotracteur par un émetteur à boucle 46 et un récepteur annexe 47 à capteur. La porte 43 reçoit également les signaux de contact de fermeture de porte de cellule et de guide-coke en place par les contacts 48. La porte générale 43 n'est passante que lorsque toutes ses entrées sont simultanément activées. C'est le circuit logique qui met en oeuvre la sécurité positive Dans ce cas, elle émet une impulsion d'au- torisation de défournement par uneliaison 49 à travers un interrupteur de validation 50 et un contact 51 d'arrêt dturgen- ce vers le module de codage et de multiplexage 28 qui attaque la chaîne 15 d'émission sur la fréquence F2 L'invention a été décrite en détail, notamment par les circuits d'un exemple de réalisation en logique câblée; il est bien entendu qu'elle ne saurait se limiter au strict cadre de la description ci-dessus et que diverses mo difications à la portee de l'homme de l'arts du domaine des équivalents, des substitutions ou des modifications de détail entrent pleinement dans son esprit. REVENDICATIONS 1. Ensemble d'identificatio, de télétransmission et de coordination pour la sécurité des opérations de fonctionnement nécessitant l'intervention d'unités mobiles dans une cokerie, caractérisé par l'association d'un réseau d'identification des cellules (2) de fours par repères magnétiques (t2) avec un réseau de télétransmission par courants porteurs permettant l'intercommunication des machines asservies avec la machine pilote et un poste central, chaque machine asservie comprenant des circuits de réception (14) et d'émission (15) de décision, de commande et de transmission d'informations, la machine pilote possédant en plus des fonctions de coordination et de réception d'instructions émises par un poste central, et en ce que l'association d'un réseau supplémentaire de repères (23) permet l'automatisation complète des opérations. 2. Ensemble d'identification selon la revendication 1 caractérisé en ce que les repères magnétiques (12) sont formés par une succession d'aimants (11) selon une disposition codée permettant d'identifier chaque four. 3. Ensemble d'identification selon la revendication 1 caractérisé en ce que la machine pilote comprend une unité centrale de décision (19) qui reçoit les informations extérieures d'un poste central ou d'un ordinateur par une interface (26) d'entrée des instructions, des capteurs des mouvements de la machine par une interface (20) d'entrée des paramètres de translation, des repères magnétiques d'identification (12) par un détecteur (13), l'unité de décision (19) commande les organes moteurs par une interface de sortie (27) et transmet les informations à un codeur (28) relié à la chaîne d'émission (15), en ce que le décodeur est relié également à un compteur d'adresses (29) qui lui permet d'interroger périodiquement les autres machines, la voie de réception est prolongée par un décodeur (31) connecté à un comparateur de position lui-même relié au codeur (28) et a l'interface (27). 4. Ensemble selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que les circuits des machines asservies pré- sentent la même unité centrale de décision (19) recevant l'interface d'entrée (20), le détecteur (13) et directement la voie de réception (14) après décodage en (31), ladite unité centrale de décision (19) commandant les organes moteurs à travers l'interface (27j et fournissant à la chaîne d'émission (15) les informations de position à travers le codeur simplifié (28). 5. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque unité centrale de décision (19) de la machine pilote ou des machines asservies est reliée à un ensemble (24),(25) de détection de proximité coopérant avec les repères (23) en vue de commander le ralentissement et l'arrêt automatique de la machine devant la cellule indiquée.