Brevet FR2545248A1 — publié le 19841102

La présente invention concerne un système de; télémesure de niveau de réservoir, notamment de réservoir contenant des hydrocarbures liquéfiés. Il est connu d'utiliser, notamment sur les navires transportant une cargaison de gaz naturel liquéfié ou de gaz de pétrole liquéfié, des jaugeurs permettant la mesure du niveau dans chacun des réservoirs que comporte le navire. Un tel jaugeur est par exemple décrit dans le FR-1 430 366, déposé au nom du demandeur : cet appareil utilise un palpeur suspendu à un filin enroulé sur un tambour entraîné par un servo-moteur asservi sur la réaction du tambour aux efforts exercés sur le filin. En effet, quand le palpeur flotte a la surface du liquide ( l'interface gaz-liquide dans le cas de gaz liquéfiés sous pression), la force exercée sur le filin est très faible, et la position angulaire du tambour est représentative du niveau dans le réservoir.Quand, au contraire, le palpeur est au-dessus ou en dessous de la surface, l'équilibre est détruit (soit du fait du poids du palpeur, soit du fait de la poussée d'Archimede qu'il subit) ; ce déséquilibre provoque la mise en route du servo-moteur réversible jusqu'au rétablissement de l'équilibre qui se produit quand le palpeur retrouve le niveau. La transmission de l'information de niveau (position angulaire du tambour) est réalisée électriquement par un système à deux selsyns (1'un solidaire de l'arbre du tambour, l'autre disposé dans une salle de contrôle) formant, de manière connue, un "arbre électrique'! entre le point de mesure (au sommet du réservoir) et le point d'affichage et d'exploitation des données (la salle de contrôle ou la salle des machines). Ce type de jaugeur est employé avec succès depuis près de vingt ans. Il procure en effet une précision absolue de l'ordre de + 1 mm sur 25 mm, supérieure à celle d'autres dispositifs ; cette précision est en particulier conforme aux règlementations très strictes imposées par les services douaniers, qui doivent pouvoir disposer d'une information suffisamment précise pour pouvoir calculer la charge utile du navire. Par ailleurs, l'ensemble de l'installation doit répondre à des normes très strictes de sécurité, compte tenu des risques de déflagration inhérents à la cargaison transportée. En particulier, toute la partie située dans la zone dangereuse doit être de sécurité intrinsèque, ce qui impose des valeurs maximales relativement faibles pour le courant circulant en service dans chaque ligne (de l'ordre de 70 mA) et pour le courant de court circuit (de l'ordre de 100 mA). L'alimentation du servo-moteur (placé en boîtier antidéflagrant) peut être assurée en sécurité intrinsèque par une alimentation propre. La transmission de l'information par 1' "arbre électrique" requiert, quant à elle, trois lignes propres. La multiplication des lignes de transmission - donc des transformateurs et des impédances dans le circuit - qu'impose la sécurité intrinsèque rend le système peu efficace et oblige à surdimensionner les composants électriques pour qu'ils puissent supporter la consommation élevée de courant nécessaire (en effet, à la différence du servo-moteur qui n'est alimenté que par intermittence, le couplage des deux selsyns requiert un courant permanent, ce qui explique la consommation élevée de 1'ensemble). L'invention a pour objet de remédier à ces inconvénients, en proposant un système de télémesure de niveau de réservoir ne nécessitant qu'un faible courant, et donc compatible, sans complication excessive, avec les impératifs de sécurité intrinsèque. Pour cela, le système proposé comprend un jaugeur de sécurité intrinsèque, disposé au voisinage du réservoir, propre à délivrer un signal de niveau représentatif du niveau présent dans le réservoir, des moyens pour numériser ce signal de niveau, des moyens pour chargeur en parallèle, au moins par ce signal numérisé, un registre à décalage, des moyens pour lire en série ce registre à décalage et pour en transmettre, à distance, le contenu, des moyens récepteurs du signal ainsi transmis, des moyens pour restituer et afficher, à partir du signal reçu, une information représentative des signaux numérisés chargés dans le registre à décalage. Avantageusement, le registre à décalage est également chargé par un signal numérisé de température, délivré par un capteur de température placé dans le réservoir. De la ment façon, il peut être également chargé par un signal numérisé de pression, délivré par un capteur de pression placé dans le réservoir. Le système de l'invention permet donc, sans augmentation du nombre de lignes, la transmission d'informations supplémentaires : il suffit d'allonger le message série transmis à distance avec des bits correspondants aux informations additionnelles à transmettre. En particulier, le système peut comprendre avantageusement des moyens pour déterminer la densité et la masse du contenu du réservoir, en fonction des-infor- mations de niveau, pression et température restituées à partir du signal reçu. Ceci permet d'obtenir et d'afficher instantanement des informations mises à jour en permanence, là où il était autrefois nécessaire d'effectuer de longs calculs. En effet, la densité de la cargaison peut être variable en fonction de la pression et de la température, et il faut connaître précisément la géométrie du réser- voir pour pouvoir déduire le volume à partir du niveau. En outre, dans le cas de gaz liquéfiéspar exemple, le ciel gazeux surmontant la phase liquide représente une certaine fraction de la cargaison, dont il y a lieu de tenir compte. Grace à la caractéristique précitée de l'invention, toutes les constantes physiques et les caractéristiques géométriques des réservoirs peuvent Entre conservies dans une mémoire permanente et réutilisées pour le calcul des valeurs finales que l'on souhaite afficher, ce calcul étant par exemple effectué par un microprocesseur. En outre, il est possible d'obtenir des informations sur l'assîètte du navire par calcul de la position de son centre de gravité en fonction de la cargaison de chaque réservoir et de la disposition relative de ces réservoirs sur le navire. De préférence, on transmet également auxmoyens récepteurs un signal complémenté du signal représentatif du contenu du registre à decalage, les moyens récepteurs comprenant en outre des moyens pour comparer le signal représentatif reçu avec le signal complémente reçu et pour interdire le traitement par les moyens de restitution et d'affichage en cas de non-concordance de ces deux signaux. En outre, avec un jaugeur à palpeur asservi, il est avantageusement possible de charger également le registre à décalage par un signal de compte rendu indicatif de la condition d'équilibre de l'asservissement, les moyens récepteurs comprenant en outre des moyens pour interdire le traitement par les moyens de restitution et d'affichage si le défaut d'équilibre de l'asservissement est détecté. Lorsqu'il est nécessaire d'assurer simultanément la télémesure des niveaux et la surveillance d'une pluralité de réservoirs, ce qui est très généralement le cas dans l'exemple choisi des navires, l'invention propose d'associer une pluralité de systèmes individuels de télémesure tels que décrit plus haut, les moyens récepteurs des signaux transmis comprenant en outre des moyens multiplexeurs, et les moyens de restitution et d'affichage étant communs à l'ensemble des systèmes individuels. Dans ce cas, de préférence, chaque registre à décalage est également chargé par un signal d'identification, invariable, propre à chaque réservoir. Chaque registre à décalage peut être également chargé par au moins un signal d'alarme ajustable, représentatif du franchissement d'un seuil, haut ou bas, par le signal de niveau, ce seuil étant déterminé en fonction de l'emplacement et de la géométrie de chaque réservoir. Outre la mesure de niveau, on assure ainsi une surveillance permanente et individualisée de chaque réservoir. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous d'un mode de réalisation, en référence aux dessins annexés, sur lesquels . la figure 1 est une vue schématique d'un ensemble de télémesure selon l'invention, la figure 2 est une vue perspective de l'un des servo-moteurs, montrant l'implantation des circuits électroniques qui lui sont associés, . la figure 3 est un schéma-bloc explicitant le fonctionnement de l'une des voies de mesure. Sur la figure 1, on peut voir une pluralité de réservoirs 100 avec leur jaugeur associé 110. Chaque réservoir 100 comprend un tube tranquillisateur 101 à l'intérieur duquel flotte un palpeur 111, qui suit les variations de niveau dans le réservoir. Ce palpeur est relié par un filin 112 à un jaugeur 110 d'un type comparable à celui décrit dans le brevet FR-1 430 366 précité. Ce jaugeur est un jaugeur répondant aux impératifs de sécurité intrinsèque, tels qu'ils sont par exemple définis dans la norme CENELEC. Un jaugeur utilisable dans le système de l'invention est par exemple le jaugeur 640-56 SI de la Société AUXITROL. Le jaugeur possède en outre un boîtier antidéflagrant 140 contenant l'alimentation de son servo-moteur ainsi qu'un certain nombre de circuits électroniques associés qui seront décrits par la suite. Outre la mesure de niveau, il peut etre procédé à une mesure de pression du ciel gazeux par une sonde 120, et a une mesure de température profonde du réservoir par une sonde 130 relayée par un boftier 132. Ces sondes et leursconnexionssont bien entendu de sécurité intrinsèque. Chacun des jaugeurs 110 est relié par une ligne 200 à un multiplexeur 410 situé par exemple en salle de contrôle. Chacune de ces lignes 200 transmet les informations de niveau, pression et température et assure l'alimenta- tion des différents dispositifs Un répétiteur 300 peut être prévu en salle des machines pour décoder et afficher les informations relatives à chacun des réservoirs. Les informations centralisées en salle de contrôle et multiplexées par le multiplexeur 410 sont transmises à une unité centrale de traitement 420 assurant le décodage des informations, le calcul des densités, des masses, .... et l'affichage sur une console 430 de toutes les informations utiles, le cas échéant en fonction d'ordres transmis par l'opérateur par l'intermédiaire du clavier de la console. Le système de transmission peut également permettre, le cas échéant, la transmission d'informations en sens contraire (de la salle de centrale vers l'un ou l'autre des jaugeurs : par exemple pour télécommander la remontée du palpeur tc'est-a-dire débrayer l'asservissement ). Les informations recueillies ou décodées peuvent également être transmises vers des périphériques ou vers une unité centrale par une ligne.440 gérée par l'unité 420. La figure 2 est une vue perspective arrière de l'un des jaugeurs, dont le capot du boîtier antidéflagrant 140 a été retiré : on peut voir le compteur mécanique 113 associé à l'arbre du tambour, le codeur numérique d'informations 114 commandé par ce compteur, ainsi que les différentes cartes 141 à 145 supportant les circuits électroniques associés aux mesures de pression et de température, à l'asservissement du servo-moteur et au regroupement et à la transmission des différentes infor mations. Toutes les liaisons électriques (alimentation du servo-moteur et des différentes cartes, transmission d'informations) sont réalisées par l'intermédiaire d'un boîtier de raccordement 146. A ce boîtier sont également reliés la sonde de pression 120 et le boîtier 132 relayant la sonde de température. Toutes les informations recueillies in situ sont ainsi regroupées à l'intérieur du boîtier d'un même jaugeur, ot un message commun est élaboré pour transmission sur la ligne 200. La figure 3 montre plus précisément la structure de l'une des voies de mesure (une voie de mesure correspondant a un réservoir donné et à son jaugeur associé). Le jaugeur 110 proprement dit possède un transformateur différentiel 115 tel que, par construction, aucun courant ne parcourreson secondaire quand le palpeur est situé exactement au niveau a repérer. Cette absence de courant est détecté par le circuit 118 d'asservissement, qui maintient le moteur 116 d'entraînement du tambour désexcité tant que l'équilibre est maintenu En outre, on notera que le circuit 118 envoie un signal CR de compte rendu d'équilibre à un circuit 170 qui sera décrit ultérieurement. Par contre, quand l'équilibre est rompu, le transformateur différentiel 115 est parcouru par un courant, et le circuit 118 alimente, avec la polarité souhaitée, le moteur 116 jusqu'd produire un mouvement antagoniste du palpeur ramenant celuitci en position stable. Le moteur 116 est liE à un compteur 113 par une transmission mécanique 117. Le compteur 113 permet de traduire en une valeur chiffrée la position du tambour du jaugeur, cette position étant représentative de la hauteur à laquelle se trouve le palpeur à l'équilibre. Un dispositif 114 permet de coder directement l'information délivrée par le compteur 113 en une information numérique, par exemple à l'aide d'une matrice à diodes. Si l'on choisit un codage en décimal codé binaire, la matrice à diodes permet d'obtenir un signal de niveau SN sur 25 bits, pour une valeur affichée de 5 chiffres au compteur. Par ailleurs, le capteur 120 de pression P coopère avec un convertisseur analogique-numerique 121 permettant de délivrer un signal de pression SP, par exemple sur 12 bits pour une valeur de pression affichée sur 3 chiffres. De même, le capteur 130 de température T coopère avec un convertisseur analogique-numérique 131 pour dEli- vrer un signal de température ST, par exemple de 13 bits pour une température affichée. sur 3 chiffres avec son signe. Ces diverses informations CR, SN, SP et ST sont acheminées vers un circuit 170 de transmission comportant un registre à décalage 171 chargé en parallèle par ces signaux. Le registre à décalage peut également être chargé par un signal numérique ID d'identification du jaugeur, cette information étant codée une fois pour toutes par exemple à l'aide d'une matrice à cavaliers 172 disposée sur la carte supportant le circuit de transmission 170. Par ailleurs, il est avantageux de comparer en permanence, dans un comparateur 173, le signal Su de niveau avec plusieurs valeurs préaffichées à l'avance, par exemple à l'aide de matrices à cavaliers 160. Ces valeurs pré affichées correspondent à des valeurs de seuiB infEriears ou supérieurs déterminées en fonction de la géométrie et des caractéristiques propres du réservoir. Lorsque le signal de niveau dépasse par défaut ou par exces (en fonction de la position d'un commutateur du circuit 16gaz l'une des valeurs préaffichées, un compte rendu d'alarme est délivré par le comparateur 173, qui charge une zone correspondante du registre décalage 171 par un signal AL. Le registre à décalage 170 charge par les informations ainsi centralisées est ensuite périodiquement lu en série, sous la commande d'une horloge synchrone 174, sur une ligne de transmission 200. On transmet également sur une seconde ligne de transmission 201 un signal complémenté D obtenu par passage dans un inverseur 175 du signal D en sortie du registre a décalage. Les signaux D et D, après avoir transité le long des lignes 200 et 201, aboutissent à un multiplexeur 410 permettant une scrutation périodique de chacune des lignes aboutissant aux différents réservoirs. Le signal en sortie de ce multiplexeur 410 est dirigé vers un circuit 421 régénérant les impulsions du message et vérifiant la concordance du signal D avec son signal complémenté D. Si cette concordance est vérifiée (indiquant l'absence de défaut de transmission), le message est chargé en série dans un second registre à décalage 422 puis lu en parallèle et par exemple recopie dans une mémoire vive 423. Les données contenues dans cette mémoire vive 423 seront traitées par l'unité centrale 424 et affichées sur la console 430, comme indiqué précédemment. Tous les dispositifs et toutes les liaisons situés au-dessus de la ligne XX du dessin doivent être de sécurité intrinsèque. C'est pourquoi il est prévu une série de relais 501 a 505 permettant d'alimenter séparément et en sécurité intrinsèque d'une part le servomoteur, et d'autre part chacun des différents circuits électroniques 121, 131, 118 et 170 par des lignes d'alimentation non représentées, par exemple situées dans le même faisceau de câblesque les lignes de transmission 200 et 201. L'un des boîtiers assure en outre la transmission des données D et D de la zone dangereuse-vers la zone non dangereuse. En outre, il peut être prévu sur les lignes 200 et 201 une dérivation aboutissant a la salle des machines 300, où un décodeur 310 analyse le message transmis et l'affiche sur un tableau 320. Cet affichage peut par exemple comporter l'affichage numérique du niveau, de la pression et de la température, l'activation éventuelle d'un voyant d'alarme (lorsqu'un compte rendu d'alarme est délivré par le comparateur 173) ainsi que l'affichage d'autres informations (compte rendu d'équilibre du servo-mécanisme , erreur de transmission détectée sur la ligne , Le message D élaboré par le circuit 170 et transmis sur la ligne 200 peut par exemple avoir la structure suivante 25 bits pour le signal SN (niveau sur 5 chiffres en décimal codé binaire), 10 bits pour le signal ID (identification du jaugeur sur 2 chiffres en décimal codé binaire), 1 bit pour le signal CR (compte rendu d'équilibre du servo-moteur), 13 bits pour le signal ST (température sur 3 chiffres avec le signez 3 bits pour un signal de compte rendu de présence de température (indiquant si une mesure de température est à transmettre ou non et, si plusieurs sondes de température peuvent 8tre connectées, laquelle a été choisie), 12 bits pour le signal SP (pression sur 3 chiffres), 4 bits pour le signal Ma (compte rendu de chacune des 4 alarmes), 8 bits pour un mot de synchronisation définissant le format du message. L'exemple de message indiqué ci-dessus comporte 76 bits, mais on voit clairement que le message peut être allongé à la demande pour permettre, sans complication supplémentaire, la transmission éventuelle d'autres infor mations La formation et l'émission du message sont réalisées de la manière suivante - le registre à décalage est chargé périodiquement, sur émission d'un signal de chargement synchrone de celui élaboré par l'horloge 174 (par exemple un signal de chargement toutes les secondes), - l'ensemble du message est ensuite vidé en série sur la ligne de transmission 200, à une fréquence égale à celle de l'horloge 174, par exemple une fréquence de 100 Hz synchronisée sur le secteur. Une telle fréquence correspond à un bit toutes les dix millisecondes, soit un message complet de 76 bits en moins d'une seconde. Les intervalles entre deux messages consécutifs sont identifiés par des états 0. La réception du message est effectuée selon la séquence suivante - remise en forme du signal par régénération des bits et comparaison des signaux D et D. - introduction des bits en série dans un registre à décalage synchronisé sur une horloge fonctionnant à la même fréquence que les horloges locales 174 (il suffit que toutes les horloges soient synchronisées sur le secteur pour qu'elles deviennent synchrones entre elles). - sur reconnaissance du mot de synchronisation, le registre est lu en parallèle et chargé dans une mémoire vive pour traitement ultérieur. Ce chargement s'effectue par exemple toutes les secondes. - reconnaissance du numéro du jaugeur, - décodage des différentes informations mémorisées. - traitement et visualisation. Gracie à ce système, on centralise au point de mesure, avant de les transmettre à distance, toutes les informations nécessaires à l'obtention du résultat chiffré final, c'est-à-dire la connaissance de la masse de la cargaison et donc de sa valeur marchande. Alors qu'il était autrefois nécessaire de procéder séparément et localement aux mesures de pression, température, ... de chaque réservoir, ces informations sont désormais accessibles en permanence, sous forme visualisée, et centralisées au poste de commande. Les mesures de volume, masse, ..., dérivées de ces informations, sont également calculées, mises à jour et affichées en permanence. Outre la conformité aux exigences de sécurité, le système proposé assure une précision conforme aux normes du Service des Instruments de Mesure. Les valeurs indiquées à l'opérateur font donc foi et sont utilisables telles quelles pour les transactions commerciales et douanières. Un ordre de grandeur de la précision compatible avec ces exigences est de 1/10000e sur la mesure de niveau (qui est la plus sensible sur l'exactitude du resultat final) et de 1/200e sur les mesures de pression et température (précision ayant une incidence équivalente à celle du niveau sur le résultat final). La masse totale de la cargaison peut ainsi être connue au l/1000e près environ. REVENDICATIOWS 1. Un système de télémesure de niveau de réservoir, notamment de réservoir contenant des hydrocarbures liquéfiés, caractérisé en ce qu'il comprend . un jaugeur de sécurité intrinsèque (110), disposé au voisinage du réservoir, propre à délivrer un signal de niveau représentatif du niveau présent dans le réservoir, . des moyens (114) pour numériser ce signal de niveau, . des moyens pour charger en parallèle, au moins par ce signal numérisé (SN), un registre à décalage (171), . des moyens pour lire en série ce registre à décalage et pour en transmettre, à distance, le contenu, . des moyens récepteurs signal requ, une information représentative des signaux numérisés chargés dans le registre à décalage. 2. Un système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le registre à décalage est également chargé par un signal numérisé de température (ST), délivré par un capteur de température (130) placé dans le réservoir. 3. Un système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le registre à décalage est également chargé par un signal numérisé de pression (SP), délivré par un capteur de pression (120) placé dans le réservoir. 4. Un système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens pour déterminer la densité et la masse du contenu du réservoir, en fonction des informations de niveau, pression et température restituées à partir du signal reçu. 5. Un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on transmet également aux moyens récepteurs un signal (D) complémenté du signal (D) représentatif du contenu du registre à décalage, les moyens récepteurs comprenant en outre des moyens (421) pour comparer le signal représentatif reçu avec le signal complémenté reçu et pour interdire le traitement par les moyens de restitution et d'affichage en cas de non-concordance de ces deux signaux. 6. Un système selon 1'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le jaugeur est un jaugeur à palpeur asservi, caractérisé en ce que le registre à décalage est également chargé par un signal (CR) de compte rendu indicatif de la condition d'équilibre de l'asservissement, les moyens récepteurs comprenant en outre des moyens pour interdire le traitement par les moyens de restitution et d'affichage si le défaut d'équilibre de l'asservissement est détecté. 7. Un ensemble de télémesure des niveaux d'une pluralité de réservoirs, caractérisé en ce quil comprend une pluralité de systèmes selon l'une des revendications 1 à 6, les moyens (410) récepteurs desvsignaux transmis comprenant en outre des moyens multiplexeurs, les moyens de restitution et d'affichage étant communs à l'ensemble des systèmes. 8. Un ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque registre à décalage est également chargé par un signal (ID) d'identification, invariable, propre à chaque réservoir. 9. Un ensemble selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que chaque registre à decalage est également chargé par au moins un signal (AL) d'alarme ajustable, représentatif du franchissement d'un seuil,haut ou bas, par le signal de niveau, ce seuil étant déterminé en fonction de l'emplacement et de la géométrie de chaque réservoir.