Brevet FR2520906A1 — publié le 19830805

La présente invention concerne un système de surveillance de certains paramètres, notamment la teneur en gaz et vapeurs explosifs ou inflammables, d'une installation où sont disposés à cet effet une pluralité de détecteurs. L'invention vise plus particulièrement le réétalonnage à distance desdits détecteurs, en vue de simplifier la maintenance et d'en réduire les coûts. Les grandes installations pétrochimiques et les installations d'exploitation de gisements sous-marins, entre autres, nécessitent une surveillance continue et de haute fiabilité des émanations de gaz inflammables susceptibles de former avec l'air un mélange détonnant. On utilise le plus souvent des détecteurs comportant des capteurs à thermistances entrant dans la constitution d'un pont de Wheatstone. L'une des thermistances est chauffée en cas d'émanation de gaz par la combustion sans flamme de celui-ci, entretenue par un catalyseur approprié. On détermine ainsi le taux de LIE (limite inférieure d'explosivité) qui est pris en compte pour le déclenchement des alarmes. Ces thermistances, compte tenu de leurs conditions de fonctionnement, sont sujettes à un vieillissement progressif et à d'éventuelles dérives.On est donc amené à vérifier périodiquement leur état et le réglage meme du pont de Wheatstone dont elles forment l'une des branches. Ces vérifications ne peuvent entre effectuées de façon satisfaisante qu'en provoquant au voisinage de chaque détecteur, une émanation d'un mélange gazeux à teneur en "LIE" connue. Or les détecteurs sont souvent installés en des endroits peu accessibles, voire dangereux. L'invention permet notamment d'effectuer ces contrôles périodiques à distance et de façon automatique, quel que soit le capteur utilisé. Dans cet esprit, l'invention concerne donc un système de surveillance de certains paramètres d'une installation, comportant notamment une unité électronique centrale de commande et au moins un détecteur de mélange gazeux inflammable placé à distance de ladite unité et électriquement relié à celle-ci, caractérisé en ce qu'un réservoir de mélange gazeux étalon est placé au voisinage dudit détecteur et que sa sortie est commandée par une électrovanne ou analogue pilotée par ladite unité centrale pour le réétalonnage automatique à distance dudit détecteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un système conforme à son principe, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins dans lesquels: - la figure 1 est un schéma-bloc d'un système de mesure et de surveillance selon l'invention; - la figure 2 est un schéma illustrant l'association d'un détecteur à un réservoir de gaz étalon; et - la figure 3 illustre une variante possible de l'agencement de la fi gure 2 En se référant plus particulièrement à la figure 1, on a représenté une unité électronique centrale de commande 11 reliée à une pluralité de détecteurs 12 et composée d'une pluralité de sous-ensembles de traitement et de signalisation 13 correspondant respectivement à un capteur (ou à un groupe de tels capteurs ), d'un générateur de fonctions 14 et, éventuellement d'un micro-ordinateur 15.Comme on le verra plus loin, le générateur de fonctions 14 est suffisamment élaboré et complet pour permettre le traitement de toutes les informations délivrées par les capteurs et le déroulement des séquences de test et de réglage. Le micro-ordinateur 15 est donc facultatif mais il permet une plus grande souplesse d'utilisation et notamment un automatisme absolu dans les opérations de réétalonnage périodique des capteurs dont il sera question plus loin. Chaque détecteur 12 se compose d'un branchement en série de deux thermistances Thl et Th2 formant la moitié d'un pont de Wheatstone. L'une des tances (Thl) est isolée chimiquement du milieu extérieur tandis que l'autre (Th2) est en contact avec une masse catalytique 17 entretenant une combustion sans flamme en présence de gaz d'hydrocarbure ou de vapeur inflammable. Suivant une variante, le détecteur 12 peut comporter, à la place des thermistances Thl et Th2, des éléments semi-conducteurs à oxyde métallique dont la résistance varie en présence de gaz.Le détecteur 12 est donc relié par trois fils 18, 19, 20 au sous-ensemble 13 qui lui correspond dans l'unité centrale 11 et plus particulièrement à un circuit de mesure 21 comprenant notamment l'autre moitié du pont de Wheatstone (résistances fixes R1 et R2). Le pont de Wheatstone ainsi reconstitué au moyen des fils de liaison 18, 19, 20 est associé à des moyens de réglage potentiométriques de zéro et de gain, classiques, respectivement symbolisés par les blocs Z et G sur les dessins. Ces réglages sont accessibles en façade de l'appareil. Le signal de sortie du circuit 21 est appliqué à l'entrée d'un amplificateur 23 qui pilote deux détecteurs de seuil S, et S2, respectivement de pré-alarme et d'alarme, réglés sur deux valeurs de seuil différentes correspondant chacune à un taux choisi de LIE (limite inférieure d'explosivité). Les réglages des seuils S1 et 52 sont accessibles en façade de l'appareil. Les détecteurs de seuil S1 et ;2 pilotent un circuit d'alarme 25 assurant une signalisation lumineuse et/ou sonore en cas de fuite de gaz localisée par l'un des détecteurs 12.Le circuit de mesure 21 est également couplé à un circuit détecteur de dérangement 26 adapté pour vérifier le bon état du pont de hheatstone et notamment si l'un des fils de liaison ou l'une des thermistances n'est pas coupé. Il commande un circuit de déclenchement d'alarme de dérangement 28 pilotant lui-meme notamment, le circuit 25, plus précisément une partie des moyens de signa lisation de celui-ci. La sortie de l'amplificateur 23 reliée aux détecteurs de seuil S1 et est également connectée à l'une des entrées d'un détecteur de dérive négative 30. I1 s'agit d'un amplificateur opérationnel non bouclé dont l'autre entrée reçoit une tension de référence r correspondant à la valeur de dérive négative maximum tolérable du détecteur 12. La sortie du détecteur de dérive négative 30 pilote le circuit 28 au meme titre que le détecteur 26, c'est-à-dire à travers une fonction logique ou agencée à l'entrée du circuit 28. En effet, après la mise en service de capteurs et son réglage de zéro effectué, le vieillissement des thermistances se traduit par une variation très lente mais erratique dudit réglage de zéro.Si cette dérive est "positive" les détecteurs de seuil S1 et S2 seront déclenchés prématurément; on ne risque donc tout au plus que le déclenchement de fausses alertes. En revanche, si la dérive est "négative" les détecteurs de seuil seront déclenchés pour des taux de LIE supérieurs à ceux de leurs valeurs de réglage respectives, ce qui est très dangereux et nécessite donc la présence de ce détecteur de dérive négative 30 qui bascule dès que la limite tolérable de dérive "négative" (déterminée par la valeur de la tension de référence Vr) ) est atteinte. Le système étant prévu pour gérer jusqu'à 999 détecteurs tels que 12, les sous-ensembles de traitement et de signalisation 13 doivent pouvoir répondre à des codes d'identification respectifs élaborés par le générateur de fonctions 14 ou par le micro-ordinateur 15. Un faisceau de fils de connection ou BUS permet la liaison de tous les sous-ensembles 13 au générateur 14 et, éventuellement au microordinateur.Chaque sous-ensemble 13 comporte donc un décodeur d'adresse 32 susceptible de reconnaitre sur le "BUS" un code d'identification signifiant que ledit sous-ensemble est "appelé". I1 comporte aussi un décodeur d'ordre de mise en réglage 34 piloté par un ordre général de mise en réglage (pour le déroulement de la séquence de réglage qui sera décrite plus loin) élaboré par le générateur de fonctions 14 ou le microordinateur 15 mais validé par le décodeur d'adresse 32. La sortie du décodeur 34 pilote des moyens d'inhibition 36 du sous-ensemble 13 considéré, au même titre (par l'intermédiaire d'une fonction d'entrée 36a de type OU) qu'un signal de commande de test automatique délivré par le générateur de fonction 14 ou le micro-ordinateur 15 et que le signal délivré par le circuit 28.En ce qui concerne ce dernier, la détection d'un mauvais fonctionnement quelconque du détecteur (coupure de fil, destruction de thermistance, dérivé négative) entrain donc une mise hors service générale du sous-ensemble 13 qui lui est associé et un déclenchement des moyens de signalisation correspondants du circuit 25. Les moyens d'inhibition sont agencés pour mettre hors service principalement le déclenchement des alarmes générales, notamment les alarmes sonores pilotées par l'intermédiaire de l'un des circuits 25. En revanche, ils laissent le circuit de mesure 21 opérationnel puisque c'est par son intermédiaire que les opérations de test automatique et de réétalonnage peuvent Outre menées à bien. La sortie du décodeur de mise en réglage 34 pilote aussi une électrovanne EV, par l'intermédiaire d'une fonction logique de type ET, 37, dont une autre entrée reçoit un signal d'ordre de calibrage provenant du générateur de fonctions 14 ou du microordinateur 15, par l'intermédiaire de la liaison BUS. L'électrovanne EV commande l'ouverture d'un réservoir de mélange gazeux étalon (à taux de LIE connu) dont la sortie est placée au voisinage du capteur 17 correspondant, comme cela est illustré à la figure 2 qui sera décrite plus loin. Le générateur de fonctions 14 comporte un générateur d'ordre de calibrage 39, un générateur d'adresses 41, un générateur d'ordre de mise en réglage 43, un générateur d'ordre de test automatique 45 et un clavier 47 pilotant notamment le générateur d'adresses et le générateur d'ordre de mise en réglage. Le générateur 39 pilote toutes les fonctions ET 37 de tous les sous-ensembles 13 à la fois. Le générateur d'adresse 41 émet ses signaux à tous les décodeurs 32 à la fois mais seul celui qui est programmé sur le code émis engendrera un signal susceptible de sensibiliser le sous-ensemble 13 correspondant aux ordres de réglage. Le générateur d'ordre de mise en réglage 43 transmet ses ordres de pilotage aux décodeurs 34.Le générateur d'ordre de test automatique transmet ses ordres de pilotage aux moyens dtinhibition 36 et à un générateur de rampe 46 commun, dont le signal de sortie est appliqué à l'entrée de chaque amplificateur 23 par l'intermédiaire d'un circuit sommateur de couplage 23a dont une autre entrée reçoit normalement le signal de sortie du circuit de mesure 21. Les générateurs 39, 41, 43 et 45 sont "doublés" par des fonctions analogues programmées dans le microordinateur 15.Ces fonctions sont simplement symbolisées sur la figure 1 par des sorties de commande 39a, 41a, 43a, 45a, correspondantes du microordinateur lesquelles sont reliées aux fils correspondants de la liaison BUS au méme titre que les générateurs, par l'intermédiaire de moyens de couplage appropriés, symbolisés par des blocs 50 assurant une fonction logique de type OU, prévus en amont de la liaison BUS. La figure 2 illustre la liaison structurelle entre un détecteur 12 donné et l'électrovanne EV qui lui correspond, placée à l'embout de sortie d'un réservoir 52 de gaz étalon sous pression. Une liaison électrique de télé commande 53 (reliée à la sortie de la porte ET 37) permet l'ouverture à distance de cette électrovanne via le sous-ensemble 13 concerné. Le détecteur 12 (plus exactement l'espace interne du boitier abritant les deux thermistances) ouvre dans une enceinte 54 perméable à l'air ambiant éventuellement chargé de gaz inflammable et la sortie de l'électrovanne EV communique avec l'enceinte 54 par l'intermédiaire-d'un simple conduit 56. L'enceinte 54 peut par exemple être simplement pourvue d'une ou plusieurs ouvertures. De cette façon, l'injection de gaz étalon sous pression dans l'enceinte 54 chassera l'air qui s'y trouve de sorte qu'en quelques instants, les thermistances Thl et Th2 se trouveront plongées dans le gaz étalon, pour permettre une mesure effective du taux de LIE par ailleurs connu à partir de l'unité centrale et le réétalonnage éventuel du détecteur 12. Comme le montre la figure 3, il est possible dans certains cas d'associer un seul réservoir 52a à un groupe de détecteurs 12a, 12b, 12c, ...., 12n pour autant que ces derniers soient tous implantés à une distance raisonnable du réservoir 52a. Dans ce cas, on prévoit une rampe de distribution 58 à la sortie du réservoir 52a, sur laquelle sont montées autant d'électrovannes EVa, EVb, EVc, ..., EVn qu'il y a de détecteurs, chaque électrovanne étant reliée à l'un d'eux par un conduit 56a, 56b, 5suc, .... 56n comme dans le cas de la figure 2. Bien entendu, une électrovanne donnée est pilotée à partir du sous-ensemble 13 qui est associé au détecteur auquel elle est reliée. Le fonctionnement est le suivant: En période normale d'utilisation, aucune des électrovannes EV n'est, bien entendu, ouverte de sorte que les différents détecteurs 12 sont en contact avec l'air extérieur éventuellement chargé de gaz inflammable. Tant que le taux de LIE est faible, et pour autant que les ponts de Wheatstone soient correctement réglés (réglages de Zéro et de Gain) le signal de sortie de chaque amplificateur 23 est insuffisant pour faire basculer les détecteurs de seuil S1 ou 52 correspondants.Si une émanation de gaz inflammable se produit au voisinage d'un détecteur 12, l'augmentation du taux de "LIE" provoque une dérive positive de l'amplificateur 23 qui déclenche (éventuellement) successivement les détecteurs de seuil S1 et S2 dits de "préalarme" et d'alarme respectivement.Les changements d'état des détecteurs 51 et 52 sont transcrits en signaux lumineux et sonores appropriés par le circuit d'alarme 25; si on suppose que la vérification et le ré étalonnage d'une voie (c'est-à-dire d'un détecteur 12) doivent être efFec- tuées à partir du générateur de fonctions 14, sans la participation du micro-ordinateur 15, on commande le déroulement des opérations suivantes: - La voie considérée est "appelée", du clavier 47; autrement dit le générateur d'adresse 41 émet un code particulier correspondant à la program- mation particulière (par exemple en code B C D) du décodeur 32 du sous-ensemble correspondant et le générateur d'ordre de mise en réglage 43 émet un signal qui est reçu par tous les sous-ensembles 13 mais qui est sans action sur les décodeurs 34 sauf celui qui est validé par le decodeur d'adresse 32 dont le code a été émis. Les moyens d1inhibition 36 du sous-ensemble 13 sélectionné sont donc commandés pour l"'isoler'5 du reste du système c'est-à-dire notamment pour déconnecter les relais (non représentés) transmettant les signaux d'alarme générale. - Le générateur de signal de commande de test automatique 45 émet ensuite un signal qui déclenche le générateur de rampe 46. On simule donc une éma- nation de gaz au niveau du sous-ensemble 13 dans le but de vérifier le bon comportement de la chaine de mesure électronique en amont du circuit d'alarme 25, le but de l'opération étant de provoquer effectivement le basculement des détecteurs de seuil S1 et - On effectue ensuite une mesure du taux de "LIE" (le test est supposé effectué alors qu'aucune émanation de gaz n'est à craindre) et on vérifie que, pour le détecteur 12 considéré, le taux de LIE mesuré est bien nul. Si ce n'est pas le cas, on peut retoucher manuellement le réglage du Zéro en agissant sur les moyens de réglage Z du sous-ensemble sélectionné. - On provoque ensuite une mesure effective in situ du détecteur 12 en déclenchant l'électrovanne EV associée au sous-ensemble 13 sélectionné tout en mesurant la dérive de tension à la sortie de l'amplificateur 23. L'ordre de commande d'ouverture de ltélectrovanne est donné par le générateur 39 qui valide la fonction ET 37. Si la tension de sortie de l'amplificateur 23, une fois stabilisée, ne correspond pas au taux de LIE attendu, on peut retoucher manuellement le réglage du Gain en agissant sur les moyens de réglage du sous-ensemble sélectionné. Lorsque les ordres de commande des opérations précédentes sont élaborés par le microordinateur, les memes opérations se déroulent, avec la possibilité supplémentaire de passer en revue automatiquement tous les sous-en- sembles 13 les uns après les autres sans intervention au clavier 47, les codes d'adresse étant élaborés par l'ordinateur. Par ailleurs, si une dérive du Zéro et/ou du Gain du circuit de mesure 21 est observée, il n'est pas nécessaire d'arrenter le déroulement automatique des opérations de test et de réétalonnage. L'ordinateur est programmé pour calculer et mémoriser des coefficieg s correcteurs relatifs au sous-ensemble en cours d'analyse, lesquels coefficients correcteurs sont pris en compte pour les déclenchements futurs éventuels des préalarmes et alarmes. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation ci-dessus; par exemple, si on veut réduire le nombre de fils de liaison BUS, il est possible de piloter le décodeur 34 d'un sous-ensemble 13 donné à partir du seul décodeur 32 correspondant. I1 suffit pour cela de modifier les générateurs 41 et 43 pour que les codes d'adresses et l'ordre de mise en réglage soient transmis sur un mEme fil, et d'adapter le décodeur 32 pour recevoir éventuellement et séquentiellement un indice supplémentaire d'adresse qui serait interprété par le décodeur 34 comme un ordre de mise en réglage. D'autre part, il peut entre souhaitable de réaliser les opérations de réglage de Zéro dans des conditions de fiabilité et de stabilité plus grandes. Dans ce cas* on peut doubler le réseau de réservoirs 52 ou 52a par autant de réservoirs de gaz neutre sous pression, connectés respectivement au connecteur 12 et associés à d'autres électrovannes pilotées à partir des sous-ensembles 13 correspondants. Chacun de ceux-ci ne nécessiterait alors qu'une fonction de type ET supplémentaire analogue à la fonction 37, dont une entrée serait reliée au décodeur 34, dont l'autre entrée serait reliée, par l'intermédiaire de la liaison BUS, à un générateur d'ordres supplémentairé analogue au générateur 39, et dont la sortie piloterait une électrovanne commandant l'échappement du gaz neutre. REVENDICATIONS 1. Système de surveillance de certains paramètres d'une installation, comportant notamment une unité électronique centrale de commande (11) et au moins un détecteur (12) de mélange gazeux inflammable placé à distance de ladite unité et électriquement relié à celle-ci, caractérisé en ce qu'un réservoir de mélange gazeux étalon (52) est placé au voisinage dudit détecteur et que sa sortie est commandée par une électrovanne (EV) ou analogue pilotée par ladite unité centrale pour le réétalonnage automatique à distance dudit détecteur. 2. Système de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que, ledit détecteur (12) communiquant avec l'extérieur via une enceinte perméable (54), la sortie de ladite électrovanne débouche dans ladite enceinte. 3. Système de surveillance selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que plusieurs détecteurs sont associés à un mene réservoir (52a) de mélange gazeux étalon précité par l'intermédiaire d'électrovannes respectives pilotées individuellement par ladite unité centrale de commande (11) 4. Système de surveillance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite unité centrale de commande (11) comporte une pluralité de sous-ensembles de traitement et de signalisation (13) correspondant respectivement à une pluralité de capteurs précités lesquels sous-ensembles sont couplés à un générateur de fonctions (14) et éventuellement à un ordinateur (15). 5. Système de surveillance selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque sous-ensemble (13) comporte un circuit de mesure (21) complétant ledit détecteur (12) de façon à former un pont de Wheatstone, au moins un détecteur de seuil 51 S2 connecté pour recevoir un signal de mesure élabo- ré par ledit pont de Wheatstone et des moyens de signalisation (25) pilotés par ledit détecteur de seuil. 6. Système de surveillance selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte deux tels détecteurs de seuil (S1 et S) réglés respectivement pour deux niveaux différents d'émanation de gaz inflammable. 7. Système de surveillance selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit générateur de fonctions comporte un générateur d'adresses (41) et que chaque sous-ensemble précité comporte un décodeur d'adresse (32) couplé à des moyens d'inhibition d'au moins une partie des- dits moyens de signalisation (25) pour la mise en oeuvre de séquences de test et de réglages simulant le déclenchement d'alarmes. 8. Système de surveillance selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit générateur de fonctions comporte un générateur de rampe (46) connecté auxdits sous-ensembles pour simuler une émanation de gaz inflannable. 9. Système de surveillance selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que chaque sous-ensemble précité est pourvu tutie liaison de commande d'une électrovanne (EV) précitée correspondant au détecteur connecté audit sous-ensemble, ladite électrovanne étant pilotée h partir d'une fonction ET validée par ledit décodeur d'adresse (32) et un signal provenant d'un générateur d'ordre de calibrage (39) commun à tous les sous-ensembles. 10. Système de surveillance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un réservoir de gaz neutre est place au voisinage du détecteur, et que sa sortie est commande par une autre électrovanne ou analogue, pilotée indépendamment par ladite unité centrale.