Brevet FR2492554A1 — publié le 19820423

La présente invention concerne un appareil et un procédé pour réguler la grandeur d'une variable d'un processus ou d'un procédé de fabrication, par exemple une pression de fluide, selon un programme prédéterminé de variations de cette grandeur en fonction du temps. Dans des procédés de coulée avec pulvérisation, par exemple, il a été proposé d'atomiser un courant verticalement descendant de métal fondu en dirigeant un jet de gaz vers ce courant de métal. I1 est apparu nécessaire de disposer d'un équipement capable de faire varier, selon un plan ou programme prédéterminé, la pression du gaz provoquant l'atomisation. Le plan peut nécessiter un ensemble de variations de pression qui soient à la fois rapides et importantes, et l'appareillage de régulation actuellement existant ne répond pas à cette nécessité. Selon la présente invention, celle-ci propose un appareil pour réguler la grandeur d'une variable de processus ou de procédé de fabrication, selon un programme prédéterminé de variations de cette grandeur en fonction du temps, cet appareil comprenant un dispositif destiné à engendrer à des instants choisis des premiers signaux représentant chacun la valeur de la grandeur que, selon le plan, la variable doit avoir à l'instant suivant immédiatement l'instant en cause un dispositif destiné à engendrer des seconds signaux représentant la valeur réelle de la grandeur de cette variable auxdits instants choisis ; un dispositif destiné à comparer chaque second signal, associé à ces instants donnés, avec le premier signal engendré à l'instant précédant l'instant donné et destiné à engendrer un signal d'erreur représentant toute différence éventuelle entre les deux signaux ; et un dispositif destiné à ajuster chaque premier signal engendré, en réponse à un signal d'erreur précédemment engendré, afin d'obtenir un premier signal ajusté et destiné à réguler la grandeur de cette variable de processus ou de procédé de fabrication jusqu'à apparition d'un premier signal ajusté suivant. Dans un autre aspect, l'invention propose un procédé destiné à réguler l'amplitude d'une variable d'un processus ou d'un procédé de fabrication, selon un plan ou programme prédéterminé de variations de cette grandeur en fonction du temps, ce procédé comprenant les étapes consistant à engendrer à des instants choisis des premiers signaux représentant chacun la valeur de la grandeur que, selon le plan, la variable doit avoir à l'instant suivant engendrer des seconds signaux représentant la valeur réelle de la grandeur de cette variable aux instants choisis comparer chaque second signal, associé à cet instant donné, avec le premier signal engendré à un instant précédant l'instant donné, et engendrer un signal d'erreur représentant toute différence éventuelle entre les deux signaux ; et ajuster chaque premier signal engendré, en réponse à un signal d'erreur précédemment engendré, pour obtenir un premier signal ajusté destiné à réguler la grandeur de cette variable de processus ou de procédé de fabri- cation jusqu'à apparition d'un premier signal ajusté suivant. Le procédé peut également comprendre des étapes consistant à modifier successivement le plan ou programme prédéterminé et à réguler la variable selon le plan modifié jusqu'à ce que ce plan modifié de variations donne un déroulement prédéterminé de processus ou une conduite prédéterminée du procédé (de fabrication, de commande ou d'un autre procédé). La variable de processus ou procédé (dite parfois ci-après "variable") en cause peut être la grandeur de la pression d'un fluide dans un conduit en aval d'une soupape réglable, les premiers signaux ajustés étant appliqués à la régulation de cette soupape. Une forme de réalisation de l'invention sera maintenant décrite, à titre d'exemple nullement limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est un schéma simplifié d'un appareil de commande et régulation selon l'invention ; et la figure 2 est un schéma plus détaillé de l'appareil de la figure 1. La figure 1 montre un conduit 2 reliant une source (non représentée) de gaz sous pression, située à gauche, par l'intermédiaire d'une soupape réglable 4, à un équipement (non représenté) , situé à droite et destiné à utiliser le gaz. L'équipement peut être un équipement destiné à atomiser un courant de métal fondu en dirigeant un jet de gaz verts ce courant de métal, et il peut s'avé- rer nécessaire de faire varier la pression du gaz selon un plan ou programme tel que le suivant Temps (secondes) Pression (bars) 0 3,1 1 4,5 2 8 3 8,7 4 8 5 7,3 6 6,6 7 3,1 8 4,5, etc. I1 peut s'avérer nécessaire de répéter le cycle (0 à 7 secondes) sur une période prolongée qui dure, par exemple, 30 minutes ou davantage. La soupape 4 est actionnée pneumatiquement, son réglage dépendant de la grandeur d'une pression de commande ou régulation. La pression du gaz en aval de la soupape est décelée par l'intermédiaire d'un tube 6 par un transducteur 8 qui engendre un signal électrique représentant la -valeur réelle de la grandeur de la pression de gaz soumise à détection. Le signal est amplifié par un amplificateur 10, qui peut former un seul ensemble avec le transducteur 8. Le signal amplifié est envoyé dans un dispositif de commande 12, qui peut être programmé par un programmateur 14. Le dispositif de commande 12 engendre un signal de commande qui est transformé par un transducteur 16 en la pression de commande destinée à ajuster la soupape 4.Le dispositif de commande est programmé de manière à faire varier la pression de commande appliquée à la soupape, de sorte que la pression de gaz en aval de cette soupape varie selon le plan prédéterminé de variation de la grandeur de cette pression en fonction du temps, par exemple comme indiqué ci-dessus. En se référant maintenant à la figure 2, on voit que le dispositif de commande 12 comprend une mémoire 15 programmée par le programmateur 14 de manière à enregister un plan voulu sous forme d'un groupe fini de valeurs de signaux représentant respectivement la grandeur que, selon le plan, la pression du gaz est destinée à avoir à des instants régulièrement espacés dans ce plan. Le dispositif destiné à engendrer des signaux comprend un générateur 18 de signaux de commande et un générateur 20 de signaux de référence, chacun étant relié à la mémoire. Les générateur 18 et 20 peuvent, en réponse à des signaux d'horloge provenant d'une horloge pilote (non représentée), engendrer à chacun desdits instants du plan un premier signal de référence et un premier signal de commande. Les premiers signaux de référence représentent chacun la grandeur que, selon le plan, la pression doit avoir à cet instant donné, et les premiers signaux de commande représentent chacun la grandeur que, selon le plan, la variable doit avoir à l'instant suivant. Le générateur 18 de signaux de commande est relié par l'intermédiaire d'un circuit 22 de réglage ou ajustement au transducteur 16. Le générateur 20 de signaux de référence est relié à une entrée 24 d'un comparateur 26, et l'amplificateur 10 est relié à une autre entrée 28 de ce comparateur. Une sortie 30 du comparateur est reliée au circuit 22 de réglage. En service, les instants prévus dans le plan se présentent à des intervalles dt choisis en tenant compte des caractéristiques de réponse de la soupape 4 et en fonction des vitesses, exigées par un plan particulier, de variation de la grandeur avec le temps. Dans une forme de réalisation, les instants se présentent à des intervalles dt d'un dixième de seconde. Supposons que l'on soit à l'instant t, et que la soupape soit réglée de manière à assurer en aval une pression programmée de gaz égale à 2 A l'instant t, le générateur 18 de signaux de commande engendre un premier signa-l de commande représentant une pression (p + dp), ce premier signal de commande étant tel que, s'il était appliqué sans réglage par le circuit 22 et le transducteur 16 à la soupape 4, il modifierait le réglage de cette soupape 4 pour le faire passer d'une position destinée à assurer en aval une pression 2 à une position destinée à assurer en aval une pression (p + dp). La pression (p + dp) est la pression que, selon le programme, le gaz doit présenter à l'instant (t + dt).A l'instant t donné, le générateur 20 de signaux de référence engendre un premier signal de référence représentant encore la pression 2 prévue pour l'instant t, et il envoie ce signal à l'entrée 24 du comparateur 26. Au même instant donné t l'amplificateur 10 envoie à l'entrée 28 du comparateur 26 un second signal représentant la grandeur réelle de la pression à l'instant t. Le comparateur compare les signaux présents à ces entrées 24 et 28, et il engendre un signal d'erreur dont la grandeur et le signe représentent une éventuelle différence entre les signaux introduits dans le comparateur. I1 va de soi que le comparateur compare chaque signal de valeur réelle associé à l'instant donné t avec la valeur (représentée par le signal actuel de référence) de ce signal de commande tel qu'il a en fait été engendré à l'instant (t - dt) qui a précédé cet instant t donné. Le signal d'erreur, positive ou négative, est envoyé au circuit 22 de réglage pour ajuster le premier signal de commande en cours afin d'obtenir un premier signal de commande ajusté. I1 va de soi que, à chaque instant, le premier signal de commande en cours est ajusté en réponse au signal d'erreur qui a été engendré immédiatement avant. De cette façon, l'appareil de commande et de régulation peut exécuter un programme nécessitant un ensemble de variations de pression qui soient à la fois rapides et importantes. Par exemple, on va supposer que le plan exige qu'à l'instant t la pression soit de 3,10 bars et qu'à l'instant (t 1 0,1) elle soit de 3,24 bars. A l'instant t, un signal de commande est donc engendré pour provoquer une augmentation de la pression de commande de la soupape permettant de faire varier le réglage de la soupape 4 pour obtenir en aval la pression voulue de 3,24 bars. On va cependant supposer qu'à l'instant t la pression réelle de gaz décelée par le transducteur 8 et transmise au comparateur 26 est de 3,114 bars. A l'instant t, le signal de référence envoyé par le générateur 20 à l'entrée du comparateur 24 représente 3,100 bars. Le comparateur émet donc un signal d'erreur représentant -0,014 bar.Le signal de commande est donc ajusté par le circuit 22 de manière à provoquer, pour la pression de fonctionnement de la soupape, une augmentation provoquant un changement du réglage de la soupape 4 permettant d'obtenir une augmentation de la pression du gaz circulant dans le conduit de 0,14 bar - 0,014 bar = 0,126 bar. Ce changement de réglage de la soupape doit être réalisé en un dixième de seconde. Dans l'équipement décrit d'atomisation à l'aide d'un gaz, d'autres variables du procédé en cause dépendent de la pression du gaz en aval de la soupape 4. L'une de ces autres variables peut donc être décelée, au lieu de la détection directe de la pression du gaz par le transducteur 8 et, en outre, il peut s' avérer intéressant de disposer d'un prograr,r,le destiné à commander la soupape 4 de manière à réguler cette autre variable selon un plan prédéterminé. La présence d'un programmateur 14 de la mémoire 15 donne de la souplesse en permettant, lorsqu'on le souhaite, de procéder à un changement rapide de programme. La soupape 4 a été décrite comme étant une soupape à actionnement pneumatique. Elle peut être actionnée autrement, par exemple par voie hydraulique ou électrique, et il peut s'agir, par exemple, d'une soupape à commande électromagnétique. La soupape est aussi, de préférence, du genre d'appareil qui est fermé s'il ne re çoit pas un signal lui commandant l'inverse. La soupape peut posséder des caractéristiques linéaires ou non linéaires. Les circuits électriques du dispositif de commande 12 sont de préférence des circuits intégrés et ils sont de préférence numériques. Les transducteurs 8 et 16 peuvent comprendre, ou comprennent, des circuits appropriés de conversion analogique/numérique. I1 va de soi qu'un appareil et un procédé de commande, tels qu'ils sont particulièrement décrits ici, peuvent également s'appliquer à la commande et à la~régula- tion de variables autres que la pression d'un gaz Dans une forme de réalisation de l'appareil représenté sur la figure 2, le programmateur 14, la mémoire 15, le générateur 18 de signaux de commande et le générateur 20 de signaux de référence forment un seul ensemble, qui est un "Programmer 6850" de Turnbull Control Systems, et le comparateur 26 et le circuit 22 de réglage forment un autre seul ensemble qui est un "Process Controller 6350" de Turnbull Control Systems. I1 va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil et au procédé décrits et représentés. REVENDICATIONS 1. Appareil pour réguler la grandeur d'une variable de processus ou de procédé industriel, selon un programme prédéterminé de variations de cette grandeur en fonction du temps, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (18, 20) destiné à engendrer à des instants choisis des premiers signaux dont chacun représente la grandeur que, selon le programme, la variable doit présenter à l'instant immédiatement suivant ;; un dispositif (8, 10) destiné à engendrer des seconds signaux qui représentent la grandeur réelle de cette variable auxdits instants choisis un dispositif (26) destiné à comparer chaque second signal, associé à un instant donné, avec ce premier signal tel qu'il a été engendré à un instant précédant l'insstant donné, et destiné à engendrer un signal -d'erreur représentant toute différence éventuelle entre ces premier et second signaux ; et un dispositif (22) destiné à ajuster chaque premier signal engendré, en réponse à un signal d'erreur précédemment engendré, afin d'émettre un premier signal ajusté destiné à réguler la grandeur de la variable en cause jusqu'à apparition d'un premier signal ajusté suivant. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de comparaison (26) peut comparer chaque second signal avec le premier signal engendré à l'instant précédant immédiatement l'instant donné, et caractérisé en ce que le dispositif (22) peut ajuster chaque premier signal engendré en réponse au signal d'erreur engendré immédiatement avant. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif destiné à engendrer des premiers signaux peut engendrer des premiers signaux de référence (20j et des premiers signaux de commande (18) représentant respectivement la valeur de la grandeur programmée à l'instant en cause et à l'instant immédiatement suivant le dispositif (26) de comparaison peut comparer chaque second signal avec le premier signal de référence pertinent ; et le dispositif (22) d'ajustement et de réglage peut ajuster chaque premier signal de commande engendré, en réponse au signal pertinent d'erreur. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif destiné à engendrer des premiers signaux peut engendrer ces premiers signaux à des instants régulièrement espacés. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte également une mémoire (15) destinée à conserver un programme de variations de la grandeur en fonction du temps, sous forme d'un groupe fini de valeurs de signaux représentant respectivement la valeur de la grandeur que, selon le programme, la variable doit présenter auxdits instants choisis. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que la mémoire (15) est programmable. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, destiné à réguler la grandeur de la pression d'un fluide dans un conduit, en aval d'une soupape (4) réglable, l'appareil étant caractérisé en ce que le dispositif destiné à engendrer des seconds signaux comprend un dispositif (8, 10) répondant directement ou indirectement à la valeur de la pression du fluide en aval de la soupape (4) ainsi qu'un dispositif (12, 16) destiné à appliquer les premiers signaux ajustés à la commande de régulation de la soupape (4). 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif répondant à la valeur de la pression du fluide comporte un transducteur (8) destiné à déceler la pression du fluide en aval de la soupape (4). 9. Procédé pour réguler la grandeur d'une variable selon un programme prédéterminé de variations de cette grandeur en fonction du temps, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à engendrer à des instants choisis des premiers signaux représentant chacun la valeur de la grandeur que, selon le programme, la variable doit présenter à l'instant immédiatement suivant engendrer des seconds signaux représentant la grandeur réelle de cette variable aux instants choisis comparer chaque second signal, associé à un instant donné, avec le premier signal engendré à l'instant précédant immédiatement l'instant en cause, et engendrer un signal d'terreur représentant toute différence éventuelle entre ces second et premier signaux ; et ajuster chaque premier signal ainsi engendré, en réponse à un signal d'erreur précédemment engendré, afin d'émettre un premier signal ajusté destiné à réguler la grandeur de ladite variable jusqu'à émission d'un premier signal ajusté suivant. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte également l'étape consistant à modifier successivement le programme prédéterminé et à réguler ladite variable selon le programme modifié jusqu'à ce que ce programme modifié de variations donne une conduite prédéterminée du processus ou du procédé dont la variable est à réguler.