Brevet FR2515376A1 — publié le 19830429

SYSTEME REGULATEUR AVEC DISPOSITIF DE SIMULTATION DE L'ETAT DU MOYEN DE REGULATION. L'invention concerne un système régulateur comportant un dispositif de simulation de l'e'tat du moyen de régulation. On connaît un système régulateur agissant par un servo-moteur sur une vanne apte à modifier le déroulement d'un procédé industriel, et dans lequel le signal d'erreur résultant de la différence entre une valeur de consigne affichée par l'utilisateur et une grandeur caractéristique du procédé comme par exemple la température, est utilisé par un calculateur pour obtenir la grandeur de commande du servo-moteur, le signe et l'amplitude de cette grandeur étant tels que la position de l'opercule de la vanne est modifiée pour que la grandeur caractéristique reste aussi proche que possible de la consigne. Lorsqu'un changement de l'état de la vanne n'entraîne qu'une modification lente du déroulement du procédé, c'est-à-dire lorsque celui-ci possède une grande inertie, on sait relier le servo-moteur au curseur d'un potentiomètre alimenté sous tension constante de manière que la tension de sortie du potentiomètre représente l'état de la vanne et puisse être pris en compte immédiatement par le système, sans attendre que l'effet de la vanne sur le procédé se manifeste. C'est alors la différence entre la tension de sortie du potentiomètre et la grandeur de commande qui sert de grandeur d'entrée au servo-moteur. Cette solution, si elle évite le pompage du système, nécessite néanmoins une liaison mécanique entre le potentiomètre de recopie et le servo-moteur, ce qui augmente la complexité et le volume de celui-ci, et requiert un calage manuel préalable du curseur par rapport à la position de l'opercule de la vanne. L'invention a donc pour objet l'obtention d'un système régulateur du type précédent, utilisable aussi bien avec des procédés industriels à grande 'inertie qu'avec des procédés industriels à faible inertie, mais dans lequel le potentiomètre de recopie est supprimé. Le système régulateur suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un intégrateur dont les entrées d'intégration respectivement croissante et décroissante sont alimentées de manière identique aux entrées de rotation dans un sens et dans le sens opposé du servo-moteur, et dont la sortie est alors susceptible de représentée l'état de ce dernier. On évite ainsi toute liaison mécanique entre le servo-moteur et le moyen représentant électriquement son état. Selon une caractéristique importante de l'invention, on prévoit un moyen de commande de remise à zéro de l'intégrateur et un moyen de commande de remise à zéro du calculateur, aptes à être rendus opératoires simultanément lorsque la valeur de sortie de l'intégrateur atteint l'une ou l'autre de deux valeurs limites respectivement positive et négative détectées par des comparateurs à seuil, l'alimentation du servo-moteur étant interrompue pendant les remises à zéro. De manière surprenante, il est alors inutile de prévoir un réglage du niveau de la sortie de l'intégrateur en fonction de la position de la vanne, ce réglage se faisant de lui-même au cours de la régulation quelle que soit la différence pouvant exister au début de cette dernière entre les états de l'intégrateur et de la vanne. De plus, toute dérive parasite de l'intégrateur se trouve compensée. Selon l'invention également le calculateur comporte au moins une voie d'intégration, et sa remise à zéro est alors obtenue en appliquant à l'entrée de cette voie la tension servant à commander le servo-moteur. En variante, lorsque le régulateur peut fonctionner soit en boucle fermée soit en commande manuelle directe du servo-moteur, et comporte un moyen de transition sans à-coup d'un mode de fonctionnement à l'autre par calage initial à zéro du calculateur, l'invention prévoit d'utiliser ce moyen lors de la remise à zéro de l'intégrateur de recopie. I1 est ainsi possible d'utiliser les ' circuits existants dans les calculateurs de la technique antérieure pour mettre en oeuvre de manière très simple l'invention. Cette dernière sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-dessous à titre d'exemple seulement en se référant au dessin, dans lequel - la figure 1 est un schéma bloc du système de régulation selon l'invention, - la figure 2 est le schéma électrique plus détaillé d'une partie du système selon la figure 1, - et les figures 3 et 4 sont des schémas de variation en fonction du temps de certaines grandeurs électriques présentes dans le système selon l'invention. Le système régulateur comporte (fig. 1) un calculateur 11 à entrée 12 et sortie 13, cette dernière étant appliquée à la première entrée 14 d'un circuit 15 à seconde entrée 16 et sortie 17, le signal présent sur cette dernière étant égal à la différence des signaux S et S' présents aux entrées 14 et 16 respectivement. La sortie 17 est reliée d'une part à l'entrée 18 d'un circuit à seuil positif 19, et d'autre part, par l'intermédiaire d'un inverseur 21 à l'entrée 22 d'un second circuit à seuil positif 23, similaire au circuit à seuil 19, les sorties respectives 24, 25 de ces derniers étant appliquées respectivement à l'entrée de commande de rotation dans un premier sens 26, et dans le sens opposé 27, d'un servo-moteur 28 dont l'arbre de sortie 29 agit sur l'opercule d'une vanne 31 apte à influencer le déroulement d'un procédé industriel 32. Une sonde de mesure 33 capte une grandeur caractéristique du procédé, comme par exemple la température, et le signal M résultant de la mesure est transmis à la première entrée 34 d'un circuit 35 à la seconde entrée 36 duquel est appliqué un signal de consigne C obtenu par un générateur 37 sur lequel peut agir l'utilisateur du système, la sortie 38 du circuit 35 sur laquelle est présent le signal E égal à la différence des signaux présents aux entrées 34 et 36 respectivement, étant appliquée à l'entrée 12 du calculateur 11. Dans la technique antérieure, le servo-moteur 28 était relié par une liaison mécanique 41 au curseur 42 d'un potentiomètre 43 alimenté sous tension constante, la tension de sortie du potentiomètre étant transmise selon la ligne figurée en pointillé 44, à l'entrée 16 du circuit 15, de manière que l'action du système régulateur sur la vanne puisse etre immédiatement prise en compte sans attendre la réaction du procédé qui peut etre relativement lente. Selon l'invention, le potentiomètre 43, la liaison mécanique 41 et la liaison 44, sont remplacés par les moyens électriques suivants Les sorties 24 et 25 des circuits à seuil 19 et 23 sont appliquées aux entrées 51, 52 d'un moyen 53 de commutation dont la sortie 54 est reliée à l'entrée 55 d'un intégrateur 56 à la sortie 57 duquel se retrouve le signal S' appliqué à l'entrée 16 du circuit 15. Ce signal est également appliqué aux entrées 58, 59 d'un comparateur à seuil positif 61 et d'un comparateur à seuil négatif 62 dont les sorties 63, 64 sont appliquées respectivement d'une part aux entrées 65, 66 d'un moyen de commande 67 de remise à zéro de l'intégrateur 56, et d'autre part aux entrées 68, 69 d'un moyen 71 de commande de remise à zéro du calculateur 11. A leur tour, les sorties 72, 73 des moyens de commande de remise à zéro 67, 71 sont respectivement reliées à l'intégrateur 56 et au calculateur 11. Ce dernier comporte (fig. 2) une voie proportionnelle et une voie d'intégration, la première étant constituée par un amplificateur 81 placé entre l'entrée 12 et l'entrée 82 d'un sommateur 83, et la seconde étant constituée par une résistance 84 placée entre l'entrée 12 du calculateur et l'entrée 85 d'un amplificateur opérationnel 86, la sortie de ce dernier étant appliquée à la seconde entrée 87 du sommateur 83, un condensateur 88 bouclant la sortie de l'amplificateur 86 à son entrée 85 de manière à faire jouer à ce dernier le rôle d'un intégrateur. La sortie du sommateur 83 forme la sortie 13 du calculateur 11. La sortie 17 du circuit 15 est appliquée à l'entrée 91 d'un amplificateur 92 dont le gain variable est commandé à partir de son entrée 93, et dont la sortie 94 est appliquée à la borne d'entrée 95 d'un commutateur 96 dont la première borne de sortie 97 est rebouclée sur l'entrée 93 et est également appliquée à l'entrée 18 du circuit à seuil 19 et à l'inverseur 21, et dont la seconde sortie 98 est reliée par une résistance 99 à l'entrée 85 de l'amplificateur 86. Les circuits de commutation 53 et de commande de remise à zéro 67 sont réalisés sous la forme d'un relais 101 à quatre interrupteurs 102, 103, 104 et 105, qui sont dans leur état ouvert lorsqu'aucun signal n'est présent respectivement aux entrées 51, 52, 66, et 65 de commande du relais 101, et qui sont dans leur état fermé ou passant lorsqulau contraire un signal est présent à ces entrées. Une tension continue constante -V est appliquée sur la première borne de l'interrupteur 102, une tension opposée +V est appliquée sur la première borne de l'interrupteur 103, et les bornes de sortie de ces interrupteurs sont reliées entre elles par deux résistances identiques 104', 105' dont le point commun forme la sortie 54 du moyen de commutation 53, elle-même reliée d'une part par une résistance 106 à l'entrée 55 de l'intégrateur 56, et d'autre part à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 107. Les premières bornes d'entrée des interrupteurs 104, 105 sont reliées respectivement aux sources de tension +V et -V et leurs secondes bornes sont mises en commun et reliées à la sortie 72 du moyen de commande de remise à zéro 67, elle-même reliée par. une résistance 108 à l'entrée 55 de l'intégrateur 56. Ce dernier est constitué par un amplificateur opérationnel 111 dont la borne d'entrée non inverseuse est reliée à une tension d'alimentation éventuellement réglable v, et dont la borne d'entrée inverseuse est reliée à l'entrée 55, un condensateur 112 bouclant celle-ci à la sortie de l'amplificateur opérationnel 111, qui constitue la sortie 57 de l'intégrateur 56. Le comparateur 61 est constitué par un amplificateur opérationnel 121 dont l'entrée non inverseuse constitue avec interposition d'une résistance 120 l'entrée 58 du comparateur 61, dont l'entrée inverseuse est reliée à une source de tension positive constante +V', et dont la sortie, qui constitue la sortie 63 du comparateur, est reliée à l'entrée non inverseuse par une résistance 122. De manière similaire, le comparateur 62 a son entrée 59 reliée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 123 dont l'entrée non inverseuse est reliée avec interposition d'une résistance 125 à une source de tension négative continue -V', et dont la sortie, qui constitue la sortie 64 du comparateur, est reliée à a' l'entrée non inverseuse par une résistance 124. Le moyen de commande de remise à zéro 71 est constitué par un circuit logique de type OU 131 dont les entrées forment les entrées du circuit de commande et dont la sortie est identique à la sortie 73 de ce dernier. Le fonctionnement du système qui vient d'être décrit est le suivant La différence E = M - C entre le signal de mesure présent à la sortie de la sonde de mesure 33 et le signal de consigne C réglé par l'utilisateur est appliquée à l'entrée 12 du calculateur 11, à la sortie 13 duquel se retrouve un signal S qui, pour le calculateur proportionnel intégral décrit est de la forme les deux premiers termes étant dus à la voie proportionnelle, le dernier à la voie d'intégration. Un ou plusieurs autres termes supplémentaires, comme par exemple un terme proportionnel à la dérivée du signal d'erreur pouvent être ajoutés au signal S par des circuits appropriés, sans que le fonctionnement du système de recopie suivant l'invention s'en trouve affecté. Le signal S - S' est transmis par le circuit 15 à l'amplificateur 92, et, lors du fonctionnement normal du système, c'est-à-dire tant que la sortie de l'intégrateur 56 reste dans les limites définies par les comparateurs 61 et 62, le commutateur 96 relie les bornes 95 et 97, si bien que le signal de sortie 94 de l'amplificateur 92 est appliqué à l'entrée 93 de l'amplificateur 92, et que le gain d'amplification de ce dernier prend sa valeur minimale A1; le signal de sortie 94 prend ainsi la valeur A1 (S - S') et est transmis au circuit à seuil 19 et après inversion, au circuit à seuil 23. Dès que ce signal A1 (S - S') est soit supérieur au seuil défini par le circuit 19, soit inférieur au seuil négatif défini par l'inverseur 21 et le circuit 23, l'une ou l'autre des sorties 24 ou 25 prend une valeur logique 1. Lorsque par exemple c'est la sortie 24 qui prend cette valeur, d'une part le servo-moteur 28 entraîne son arbre de sortie 29 dans un premier sens, de manière à agir sur l'opercule de la- vanne 31, et d'autre part l'interrupteur 103 se ferme, la tension +V étant alors appliquée par l'intermédiaire du diviseur formé par les résistances 105', 107, et de la résistance 106, à l'entrée 55 de l'intégrateur 56 dont la sortie 57 croît alors linéairement en fonction du temps, entre une limite négative -V' définie par le comparateur 62, et qui représente une première position extrême de la vanne, et une limite positive V' qui représente l'autre position extrème de la vanne. De manière avantageuse, la pente d'intégration de l'intégrateur 56 est choisie de manière que le passage de la sortie 57 de la tension -V' à -la tension +V', sous l'action de la sortie 24, se fasse en un intervalle de temps T similaire à celui qui est nécessaire au servo-moteur 28 pour entraîner l'opercule de la vanne de sa première position extrême à sa seconde position extrême. Cependant, une pente d'intégration plus élevée peut également être choisie, sa seule influence étant d'accroître le nombre de recalages de la sortie 57 de l'intégrateur 56 rendus nécessaires lorsque la tension 57 atteint l'une ou l'autre des valeurs +V' ou -V'. En effet, cette tension ne correspond pas toujours nécessairement exactement à la position de l'opercule de la- vanne, par exemple lors du démarrage du système lorsqù'elle est nulle alors que la position de la vanne est a priori quelconque, ou bien parce que l'intégrateur 56 a légèrement dérivé par rapport à son fonctionnement idéal. Ainsi, dès que cette tension en 57 atteint par exemple le seuil +V', la sortie 63 du comparateur 61 passe à l'état logique 1, si bien que d'une part la sortie 73 du circuit logique OU 131 passe également à l'état logique 1 ce qui fait basculer l'interrupteur 96 de sa position dans laquelle il relie les bornes 95 et 97 à sa position dans laquelle il relie les bornes 95 et 98, et d'autre part fait également basculer l'interrupteur 105. Le changement d'état de l'interrupteur 96 a pour effet d'une part de faire chuter la tension présente à l'entrée 93 de l'amplificateur 92, faisant adopter à celui-ci son gain A2 de valeur nettement supérieure au gain A1, et de reboucler la sortie 94 de cet amplificateur sur l'entrée 85 de l'intégrateur du calculateur 11, par l'intermédiaire d'une résistance 99 de valeur très inférieure à celle de la résistance 84. La sortie 87 de cet intégrateur varie alors linéairement de manière que le signal S suive la valeur du signal S' et tende vers zéro, quelle que soit la valeur de la tension E présente à l'entrée 12 du calculateur 11, le signal S restant à sa valeur nulle lorsqu'il l'a atteinte, tant que le commutateur 96 ne change pas d'état. Simultanément, la fermeture de l'interrupteur 105 a pour effet d'appliquer une tension négative à l'entrée 55 de l'intégrateur 56, ce qui fait décroître la sortie S' de celui-ci à partir de la valeur +V' vers la valeur nulle, cette décroissance étant, compte tenu des valeurs des différentes résistances, capacités, et du gain A2, relativement plus lente pour permettre à S de décroître à la même vitesse, et d'une durée totale par exemple de l'ordre de deux secondes. Dès que la valeur de S' est suffisamment proche de zéro pour faire basculer à nouveau en sens contraire le comparateur 61, la sortie 63 de ce dernier retourne à la valeur logique nulle, ce qui bloque le circuit logique OU, la sortie 73 de ce dernier reprenant la valeur logique nulle, ce qui a pour effet de faire basculer à nouveau le commutateur 96 dans sa position initiale, l'interrupteur 105 s'ouvrant également à nouveau. Le servo-moteur 28 n'ayant pas été alimenté pendant tout le recalage, l'opercule de la vanne n'a pas changé de position pendant ce dernier, si bien que la régulation peut reprendre maintenant de manière identique à celle qui aurait eu lieu sans recalage, seules les valeurs S et S' ayant été replacées au centre de la bande de fonctionnement comprise entre les tensions +V' et -V'. A titre d'exemple, on a illustré sur les figures 3 et 4 les variations des différents signaux C, M, E, S et S', au cas où à l'instant initial la valeur de consigne C est modifiée brusquement. On a également fait figurer les variations des termes constitutifs du signal S, en supposant que ce dernier comporte un terme directement proportionnel au signal d'erreur, un terme -proportionnel à l'intégale de ce signal et un troisième terme proportionnel à la dérivée du signal d'erreur, et on a supposé que les seuils définis par les circuits 19 et 23 sont suffisamment faibles pour que, à l'échelle de la figure, le signal S' soit confondu avec le signal S. La figure 3 illustre le cas où le procédé à commander a une inertie suffisamment faible pour que la valeur de l'erreur E n'oscille pas autour de zéro lors de son retour à cette valeur d'équilibre, et on a supposé que dans le cas de la figure les valeurs initiales des signaux S et S' étaient suffisamment basses pour que, lors de leur variation, le seuil V' ne soit pas atteint : au cours du fonctionnement du système, tel qu'illustré, aucune remise à zéro des signaux S et S' ne s'avère donc nécessaire. Dans le cas de la figure 4 au contraire, on a supposé d'une part que la réaction du système était plus lente que dans le cas précédent, si bien que la grandeur E oscille une fois autour de sa valeur d'équilibre avant de s'y stabiliser, et d'autre part qu'initialement la valeur du signal S était suffisamment élevée pour qu'au cours de sa variation ce signal atteigne le seul V'. A l'instant tl correspondant, le basculement du comparateur 61 a pour effet de faire tendre la valeur du signal S' vers zéro, le signal S suivant cette décroissance tant que S - S' reste différent de zéro. A l'instant t2 le signal S', et donc également le signal S, s'annule, et à partir de cet instant, la variation des signaux S et S' se poursuit, identique à une translation près à celle, figurée en pointillé, qui aurait eu lieu si la valeur V' n'avait pas été atteinte. Lorsque le système régulateur comporte deux bornes d'alimentation manuelle du servo-moteur et un moyen permettant un passage sans à-coup du fonctionnement en mode manuel au fonctionnement en boucle fermée du système, il est possible de rendre ce moyen opératoire par l'intermédiaire de la commande 71 qui n'agit plus ainsi directement sur le commutateur 96. REVENDICATIONS 1. Système régulateur du déroulement d'un procédé industriel, comportant un calculateur (11) recevant un signal d'erreur (E) et dont le signal de sortie (S) est apte à commander un servo-moteur (28) après soustraction d'un signal (S') représentant l'état du moyen entraîné par le servo-moteur, caractérisé en ce qu'il comporte un intégrateur (56) dont les entrées d'intégration respectivement croissante (51) et décroissante (52) sont alimentées de manière identique aux entrées de rotation dans un sens (26) et dans le sens opposé (27) du servo-moteur, et dont la sortie est alors susceptible de représenter l'état de ce dernier. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de commande de remise à zéro (67) de l'intégrateur et un moyen de commande de remise à zéro (71) du calculateur, aptes à être rendus opératoires simultanément lorsque la valeur de sortie de l'intégrateur atteint l'une ou l'autre de deux valeurs limites (V', -V') détectées par des comparateurs à seuil (61,62) l'alimentation du servo-moteur étant interrompue pendant les remises à zero. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le calculateur comporte au moins une voie d'intégration (86, 88). 4. Calculateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un commutateur (96) apte à appliquer la tension servant à commander le servo-moteur à l'entrée de ladite voie d'intégration de manière à obtenir la remise à zéro du calculateur. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une commande manuelle directe du servo-moteur et un moyen de transition sans à-coup du mode de fonctionnement en boucle fermée au mode de fonctionnement manuel, caractérisé en ce que ledit moyen est utilisé pour la remise à zéro du calculateur. 6. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux comparateurs (61, 62) sont suivis d'un circuit logique du type OU (131). 7. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de commande de remise à zéro de l'intégrateur (67) est constitué par un relais (101) comportant au moins deux interrupteurs (104, 105). 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit relais comporte également deux autres interrupteurs (102, 103) formant le moyen de commutation du sens d'intégration (53) de l'intégrateur (56). 9. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que la liaison reliant la voie d'intégration (86, 88) au commutateur (96) comporte une résistance (99) dont la valeur est nettement inférieure à la valeur de la résistance (84) de la voie d'intégration. 10. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le signal servant à commander le servo-moteur est amplifié par un amplificateur à gain variable (92), qui assume un gain élevé lors de la remise à zéro du calculateur, et un gain plus faible en fonctionnement normal.