Brevet FR2587094A1 — publié le 19870313

Circuit de sécurité pour commander des équipements critiques de brtleurs à gaz ou à mazout". Dans le cas des brûleurs à gaz et des brQ- leurs à mazout, il est nécessaire, lors de la mise en service de passer en revue, selon un programme prédéfini, toute une série d'états de fonctionnement, un circuit de commande surveillant ces états de fonctionnement dans leur phase d'enclenchement. I1 est,en outre,nécessaire de prévoir des moyens pour vérifier le fonctionnement correct du système. A cet effet, on utilise différents détecteurs, qui délivrent des signaux électriques indiquant l'existence ou la non existence de différents états dans le bradeur. Ces détecteurs et également le circuit de commande, peuvent présenter des défauts de fonctionnement qui sont à l'origine de situations dangereuses dans le brûleur, Par le document DE-OS 31 01 747, on connaît un circuit de sécurité pour commander des équipements critiques de brtleurs, ce circuit contenant une partie de con trône qui vérifie le fonctionnement correct de ce circuit de commande. De façon plus détaillée, il est prévu, dans le cas de ce circuit connu, un branchement d'alimentation des équipements par l'intermédiaire des éléments de commande duquel les différentes alimentations en courant des équipements, par exemple pour un dispositif d'allumage, une soufflante, ainsi que des soupapes.de carburant, peuvent être connectés et déconnectés.Un discriminateur d'états dans ce circuit de commande doit, lors de l'apparition d'un défaut dans un des éléments de commande, délivrer un signal d'état qui est appliqué en meme temps qu'un signal de commande pour l'équipement considéré à l'entrée d'un circuit logique et qui, par son intervention, provoque une interruption du fonctionnement de l'équipement considéré. Un autre dispositif de commande pour des br0leurs à gaz ou des brûleurs à mazout, connu par le document DE-OS 30 44 047, a un relais de sécurité, qui est comnandé par un dispositif de commutation à semi-conducteurs et dont le contact est disposé sur l'alimentation en courant vers d'autres contacts. Pour commander le relais de sécurité et le relais actionnant les équipements, il est prévu un dispositif logique de commande (microprocesseur) qui constitue le circuit de commutation de commande proprement dit. A ce microprocesseur sont amenées, par l'intermédiaire d'un amplificateur-tampon, des informations sur l'état des composants du brûleur.Ces informations permettent au microprocesseur de surveiller directement l'évolution du processus d'enclenchement du système de brdleur, des vérifications déterminées pouvant être opérées grâce auxquelles on peut constater si le dispositif de commutation à semi-conducteurs du relais de sécurité fonctionne correctement. Ces circuits de sécurité connus ne sont toutefois pas à sécurité intrinsèque. Cela signifie que du fait de la défaillance ou d'un comportement défectueux d'un ou plusieurs de leurs constituants, une coupure en cas de perturbation peut ne pas se produire malgré l'intervention d'un signal de perturbation. Si; par exemples un étage de formation de temps du circuit de sécurité est défectueux, on n'aboutira pas une coupure pour cause de perturbation après l'application d'un signal de perturbation. L'ir.vention a pour but d'éviter les inconvénients précités et concerne, à cet effet, un circuit de sécurité caractérisé en ce qu'il comprend deux boucles de commande combinées électriquement entre elles pour les équipements, dont chacune délivre une succession prédéfinie de niveaux de signaux logiques, qui sont échangés entre les deux boucles de commande sous la forme de si gnaux de commande d'amorçage de signaux en retour et qui sont comparés entre eux. le circuit de sécurité conforme à 11 invention présente, par contre, l'avantage qu'il est absolu à sécurité intrinseque et que les signaux survenant sous forme de valeurs réelles des équipements raccordés sont simultanément soumis à un double contrôle dans les deux boucles de commande. Si un des composants de la boucle de commande est défectueux, ou bien présente un comportement défectueux, la boucle de commande concernée par ce composant n'est plus en situation d'engendrer la suite prédéfinie de niveaux de signaux logiques ou bien de traiter correctement les signaux en retour de l'autre boucle de commande. Si ce cas se présente, l'ensemble du système est décon- necté sans délai, indépendamment du fait qu'il se trouve précisément dans la phase d'enclenchement ou bien déjà dans la phase de fonctionnement. Une nouvelle mise en service est également empêchée, parce que les boucles de commande ne réagissent pas au signal d'enclenchement et n'acceptent pas de signaux oes équipements à surveiller. Ainsi, par exemple, en cas de présence d'us défaut dans les boucles de commande, le dispositif de commutation qui cuvrr la soupape de carburant ne peut pas être enclenché parce que les boucles de commande refusent une comparaison de la valeur réelle délivrée par la soupape avec la valeur de consigne élaborée dans les boucles de commande. Il en va de même avec les autres composants du système de brtleurs, tels que le moteur de la soufflante, le dispositif d'allumage, et la surveillance de la flamme. Les boucles de commande enregistrent, non seulement les défauts propres à ces composants, mais réagissent egalemerft à des défauts dans les circuits raccordés, qui contribuent à engendrer une succession prédéfinie de niveaux de signaux logiques dans les boucles de commande. De ces circuits font partie notamment un générateur d'impul- sions, qui injecte une succession d'impulsions à une fré quence déterminée dans la boucle de commande.Une déviation du générateur d'impulsions de la fréquence de consigne modifierait les niveaux de signaux et provoquerait ainsi une déconnexion immédiate de la boucle de commande et des composants du brflieur qui lui sont raccordés. D'autres caractéristiques de l'invention permettent d'envisager des compléments avantageux et des améliorations du circuit de sécurité défini ci-dessus. Il est particulièrement avantageux du pcint de vue d'un mode de fonctionnement sûr de prévoir que chaque boucle de commande délivre plusieurs succes sions de signaux de commande d'amorçage par l'intermédiaire ce sorties distinctes, que les signaux de commande d'amorçage délivrés en même temps par une boucle de commande sont inversés et que, à chaque sortie de l'une des boucles ce commande, est appliqué un signal en re tcur de l'autre boucle de commande. Une autre disposition augmentant la sécurité de fonctionement du système consiste en ce Qae les signaux de commande d'amorçage et les signaux en retour sont injectés sous forme de tension d'alimentation dans les circuits d'excitation des équipements. Ceci est réalisé,de préférence, en prévoyant que chaque trajet de commande d'amorçage et de retour comprend un amîlficateur à la sortie duquel l'équipement est raccordé par l'intermédiaire d'une section de diode. De plus, le circuit de sécurité peut comporter un étage d'identification de perturbations auquel sont raccordées les boucles de commande et qui indique les perturbations, sélectionnées selon leur cause, par l'intermédiaire de systèmes de signalisation, de préférence par l'intermédiaire de voyants lumineux. Cette disposition facilite la réparation du système de bradeur en cas de perturbations caro grâce au système de signalisation, on peut identifier le composant du brûleur qui est défaillant. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté sur les dessins ci-joints et va entre exposé plus en détail dans la description ci -après : - la figure 1 est un schéma par blocs, comportant des détails techniques de branchement, du circuit de sécurité, - la figure 2 est un diagramme montrant le déroulement dans le temps du programme du système de brûleur, - la figure 3 est un diagramme montrant le déroulement dans le temps des signaux de commande d'amorçage et des signaux en retour des boucles de commande. Le circuit de sécurité, réalisé sous forme de circuit solide intégré, pour commander des équipements critiques de brflleurs à gaz ou de brûleurs à mazout, est déposé sur une platine 1 qui est munie sur ses longs c8- tés parallèles d'entrées 2 à 16 et de sorties 17 à 27 pour l'entrée et la sortie de signaux électriques numériques. Le circuit comporte deux boucles de commande combinées électriquement l'une à l'autre 28, 29, avec chacune un étage de formation de temps 3C, 31 ainsi qu'un oscillateur commun 32, dont les impulsions sont injectées dans les boucles de commande dans les étages de formation de temps. A l'entrée 2, est raccordé un détecteur de transfert de chaleur connu en soi et non représenté, dont le signal de transfert de chaleur active le circuit.Lors de l'apparition d'un tel signal, les signaux d' états d'une surveillance de flamme (entrée 12), d'une surveillance de l'allumage (entrée 14), d'une surveillance des capsules manomètriques (entrée t1) d'une surveillance des soupapes électromagnétiques (entrées 5 et io) , ainsi que les signaux de commande d'amorçage et les signaux de retour des boucles de commande 28, 29, sont combinés ensemble dans ces boucles de commande 28, 29. Les signaux d'états des équipements s'appliquent sous forme de niveaux logiques de signaux dont les valeurs réelles sont comparées avec les valeurs de consigne élabo- rées dans les boucles de commande. Lorsque tous les nivaux de signaux ont l'état de consigne, il apparait à la sortie 24 de la boucle de commande 28, un signal de sortie. Avec ce signal, un relais de commutation 34, 35 raccordé à la sortie d'un étage amplificateur externe 33, peut titre commandé, et enclenche un moteur de souf filante 36. Simultanément, un compteur avec un temps prédéfini > de par exemple 7 secondes, démarre dans les étages de formation de temps 30, 31.A l'intérieur de ce laps de temps de 7 secondes, le système de détecteur associé à la surveillance de la pression, et qui surveille le débit d'air du moteur de soufflante 36, doit faire apparaître à la sortie 11, un signal en retour. En l'absence de ce signal, le module délivre par l'intermédiaire de la sortie 21 un signal de perturbations dont réception est accusée par un voyant lumineux, par exemple une diode luminescente 37. En outre, la cause de la perturbation "défectuosité de la soufflante ou bien du dispositif de surveillance de la pression" est indiquée par une diode luminescente 38 raccordée à la sortie 25. Si le signal du dispositif de surveillance de la pression à l'entrée il est en ordre, la sortie 18 délivre une impulsion de démarrage pour la pré-ventilation. Le temps de préventilation est susceptible d'être réglé de l'extérieur. Après l'écoulement du laps de temps ainsi choisi, des signaux en retour apparaissent aux entrées 4 et 15, ces signaux étant combinés dans les boucles de comman- de 2 , 29, avec les signaux aux entrées 2, 12, 14, 11, 5, 3, 10, 10. Le signal qui en résulte à la sortie 27, active, par l'intermédiaire d1un amplificateur 39, un transforma- teur d'allumage 40. Après l'écoulement d'un temps de préallumage, de par exemple 0,5 seconde, commence la phase d'allumage proprement dite, limitée dans le temps.Au début de cette phase, la soupape de carburant 41 revêtant la forme d'une soupape électromagnétique, est commandée à l'ouverture par l'intermédiaire des sorties 19, 17, 24 et 25 et ouverte, tandis qu'ul temps de sécurité réglé par l'intermédiaire de 42 est démarré. Peu avant la fin de ce temps de sécurité, le transformateur d'allumage 40 est déconnecté. Simultanément, un signal d'indication de flamme doit s'appliquer à l'entrée 12 du module, ce signal étant amené aux deux boucles de commande 2A, 29. Toutes les sorties du module reçoivent leur niveau de signal de consigne seulement lorsqu'à la fin du temps de sécurité, des signaux appropriés s'appliquent aux entrées 12, 2, 14, 11, 10, 5, 16, 3, 15, 4. Si aucun comportement défectueux n'apparait sur ces signaux, alors toutes les sorties fonctionnent jusqu'à ce que le signal de transfert de chaleur à l'entrée 2 soit coupé. Le traitement des signaux s'effectue dans les boucles de comman- de 2, 29. Si un signal en retour pour ces boucles de commande est défaillant, cela est annoncé à un étage 45 de détection de perturbations raccordé aux boucles de commande, par l'intermédiaire de liaisons de transmission de données 43, 44, cet étage d'identification coupant alors toutes les sorties (coupure en cas de perturbations); activant l'affichage 37 des perturbations et fournissant en outre, par l'intermédiaire de diodes luminescentes 38 et 47 à 49 une information sur le type de cette perturbation.De façon plus détaillée, la diode luminescente 38 raccordée à la sortie 25 déjà mentionnée de l'étage 45, indique des perturbations dans la zone au dispositif de surveillance de la pression., ou bien du moteur 36 de la soufflante, tandis que la diode luminescente 4E appliquée a la sortie 20, signalise des perturbations dans la zone du dispositif de surveillance de le flamme et du bloc d'allumage. La diode luminescente 49 reliée à la sortie 22 signale par sa réaction, qu'un défaut existe à l'intérieur du module IC, par exemple la défaillance d'une boucle de commande.Des soupapes de carburant défectueuses sont indiquées par la diode luminescente 47 qui est raccordée à la sortie 23 de l'étage 45 d'identification des perturbations. En enfonçant une touche reliée au commuta- teur 46, la perturbation peut être éliminée dans le circuit. La signalisation de perturbations 37 s'éteint et le sys- te me de brûleur se met, par l'intermédiaire de la phase de démarrage, en fonctionnement, dans la mesure où il n'y a pas d'état qui provoque une nouvelle perturbation ir- médiate. En maintenant enfoncée la touche d'élimination de la perturbation, on ne peut pas aboutir à cette élimination, car l'entrée 13 de l'étage 45 d'identification des perturbations, est exploitée dynamiquement. La succession dans le temps de l'enclenche- ment des différents composants du brûleur , est visible sur le diagramme en fonction du temps de la figure 2. A un instant t1 se situe le transfert de chaleur qui permet qu'à l'instant t2 le moteur 36 de 12 soufflante soit enclenché et que le dispositif ce surveillance de la tres- sion réagisse. La phase de pré-ventilation se situe entre t3 et t4, et sa fin coïncide avec le début du temps de pré-allumage. A l'instant t5 commence la phase d'allumage qui inclut jusqu'à t7 un temps de sécurité. En outre, la soupape de carburant 41 est ouverte à t5. Au cours du temps d'allumage, on a le signal en retour du dispositif de surveillance de la flamme (entrée 12), qui a éte interrogé à l'instant t6. Comme cela a été déjà précédemment indiqué, les deux boucles de contrôle et de commande 28, 29 pour les différents équipements du système de brûleurs, sont combiné électriquement ensemble et ceci de façon que chaque boucle de commande délivre une succesion prédéfinie de niveaux logiques de signaux qui sont échangés sous la forme de signaux de commande d'amorçage et de signaux en retour entre les deux boucles de commande et qui sont comparés ensemble. Comme on peut le voir sur la figure 3, la boucle de commande 28 émet par l'intermédiaire des sorties 24, 26, une succession d'impulsions dont les impulsions rectangulaires 11 et I2 sont inversées.De la même façon, la boucle de commande 29 émet aux sorties 17 et 19, une succession d'impulsions dont les impulsions rectangulaires 13 et 14 sont décalées en temps par rapport aux impulsions I1 et 12 et sont également inversées. Les impulsions I1 et I2, aux sorties 24 et 26 de la boucle de commande 28, sont appliquées par l'intermédiaire des entrées 2 et 5 à la boucle de commande 29, cette boucle délivrant des impulsions en retour 15 et I6 aux entrées 3 et 5 qui, en ce qui concerne la fréquence et la durée, sont concomittantes aux impulsions de commande d'amorçage I1 et I2 de la boucle de commande 28. Les impulsions de commande d'amorçage 13 et 14 délivrées par la boucle de commande 29 aux sorties 17 et 19, sont appliquées, par l'intermédiaire des entrées 10 et 16, à la boucle de commande 28, qui délivre sur ses entrées des impulsions en retour, également concomittantes en fréquence et en durée avec les impulsions de commande d'amorçage I3 et 14. Les impulsions de commande d'amorçage et les impulsions en retour associées les unes aux autres, sont acheminées par l'intermédiaire respectivement d'un amplificateur 50 ou bien 51 ou bien 52 ou bien 53, aux entrées desquelles la soupape électromagnétique 41 est raccordée par l'intermédiaire d'un branchement constitué par quatre sections de diodes54, 55, 55, 57. Les sections de diodes sont branchées de façon que les signaux soient injectés en tant que tension d'alimentation dans le circuit d'excitation de la soupape électromagnétique 41, et garantissent une alimentation en courant de cette soupape sans interruption. Si, par exemple, la sortie 24 est activée par un signal de synchronisation de l'oscillateur 32, le signal en retour de la boucle de commande 29 à l'entrée 3, coupe la sortie voisine redondante 26 de la boucle de commande 28. Cette sortie est à nouveau activée par une impulsion de l'oscillateur 32 et le signal en retour provenant de la boucle de commande 29, à l'entrée 5, commute maintenant la sortie 24 à l'état passif. La commande de ces deux sorties s'effectue avec inversion. Si ce changement de signaux n'a pas lieu, il y a un défaut dans le circuit qui aboutit à une coupure en cas de perturbation et à l'indication de la cause de la perturbation par la diode luminescente 49. Un avantage particulier du circuit ainsi décrit, réside en ce que le débit de courant par les équipements n'est pas synchronisé. Cela se traduit par des émissions de perturbations beaucoup plus réduites. Les signaux de commutation sont inversés, c'et-à-dire que pour la mise en communication, un signal haut et un signal bas doivent respectivement s'appliquer aux deux canaux constltués par les sorties 24, 26 et 17, 19. Il s'en suit une surveillance continue pendant l'ensemble de la phase de fonctionnement. Comme précédemment décrit, chaque boucle de commande 28, 29 a son propre étage de formation de temps 30 ou bien 31, grâce à quci il y a une redondance sur le bloc intégré 1. Pour la formation au temps de base, il est fait appel à un oscillateur RC 32 (entrée 7) et à une fréquence e réseau (entrée 9). Si une froece sort de la fenêtre de temps, il n'y a plus d'impulsion délivrée aux boucles de commande 28, 29, et le circuit passe sur perturbations. Si la fréquence reste en de irors de la fenêtre, les essais d'élimitation de perturbations par actionnement du commutateur 46, restent sans succès.L'interrogation de l'information en retour de 12 flamme s'effectue de façon continue tant que le système de brûleur est sous tension. Pendant le temps d'allumage, cette interrogation est masquée, de sorte que des couplages de perturbations et des Indications de défauts en résultant sont évités, Pour la surveillance de la flamme, on peut utiliser des systèmes de détecteurs quelconques connus, qui réagissent au rayonnement ou bien à l'ionisation de gaz. Par l'intermédiaire des entrées 6 et 8, le circuit est mis à la masse, un temps de sécurité pouvant être réglé par l'intermédiaire de l'entrée 6 et par l'intermédiaire de l'entrée 8 le potentiel de masse étant appliqué au IC. Dans l'exemple de réalisation, un équipement, à savoir la soupape de carburant 41, est alimenté par les impulsions de commande d'amorçage et les impulsions en retour des boucles de commande 2E, 29. Ce type d'alimentation en courant, peut être utilisé, non seulerent pour la soupape de carburant mais pour tous les équi- relents du système de brûleur. rkce à cette disposition, le circuit est d'un fonctionnement particulièrem..ent sûr car un défaut dans les boucles de commande interrompt également forcément l'alimentation en courant des équipements raccordés. Le circuit décrit ci-dessus a une soupape de carburant et est étudié pour un fonctionnement inter mit-ent. Dans le cas d'un automate de chauffage pour un fonctionnement permanent, il faut pour des raisons de sécurité, utiliser deux circuits de commutation identiques, du type décrit. En outre, le transfert de chaleur, le temps de pré-ventilation interne et la surveillance de la flamme, doivent être prévus de façon redondante. Dans le cas de signaux différents des unités de commande, un état dé fectueux est présumé et les sorties sont mises hcrs cou- rapt. Le circuit se synchronise par la combinaison de ces entrées elles-mêmes, grâce à quci la priorité pour un premier état logique de circuit de commutation est éta- blie. En principe, deux soupapes électromagnétiques peuvent être commandées, la seconde soupape électromagnéti que étant ouverte après un temps de retard prédéfini par rapport à la première soupape. Grâce à 'utilisation de deux circuits de commutation, on peut renoncer à une base de temps redondante. Par ailleurs, le déroulement est identique à celui du circuit de sécurité précédem- ment décrit avec un seul circuit de commutation. R E V B N D I C A T I O N S 1.- Circuit de sécurité pour commander des équipements critiques de brûleurs à gaz ou à mazout, tels que le moteur de la soufflante, le dispositif d'allumage, la surveillance de la flamme, et les soupapes de carburant, d ' après un programme pré-défini par comparaison de valeurs réelles afférentes à ces équipements avec des valeurs de consigne élaborées par le circuit, qui, lorsqu'il se manifeste un défaut lors de cette comparaison des signaux, délivre un signal d'état qui donne lieu à une coupure des équipements défaillants, circuit caractérisé en ce qu'il comprend deux boucles de commande combinées électriquement entre elles (28, 29) pour les équipements (36, 4C, 41), dont chacune délivre une succession prédéiinie de niveaux de signaux logiques, qui sont échangés entre les deux boucles de commande sous la forme de signaux de commande d'amorçage de signaux en retour et qui sont comparés entre eux. 2.- Circuit de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque boucle de commande (28, 29) délivre plusieurs successions de signaux de commande d'amorçage (I1, 12 ou bien I3, 14) par l'intermédiaire de sorties distinctes (24, 26 ou bien 17, 19), que les signaux de commande d'amorçage délivrés en même temps par une boucle de commande sont inversés, et que, à chaque sortie de l'une des boucles de commande, est appliqué un signal en retour (I5 ou bien 16 ou bien 17 ou bien 18) de l'autre boucle de commande. 3.- Circuit de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les signaux de commande d'amorçage et les signaux en retour (I1 à I8) sont injectés sous forme de tension d'alimentation dans les circuits d'excitation des équipements (41). 4.- Circuit de sécurité selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque trajet de commande ctancrçage et de retour (24, 26; 17, 19 ou bien 10, 16; 3, 5) comprend un amplificateur (50 ou bien 51 ou bien 52 ou bien 53) à la sortie duquel l'équipement (41) est raccordé par l'intermédiaire d'une section de diode (54 à 57). 5.- Circuit de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est prévu un oscillateur (32) relié électriquement aux boucles de commande (28, 29J, et qui délivre avec une fréquence constante, à ces boucles de commande, les impulsions nécessaires pour obtenir les successions prédéfinies de niveaux logiques de signaux (I1 à 18). 6.- Circuit de sécurité selon la revendication 5, caractérisé en ce qutà chaque boucle de commande (28, 29) est associé un étage de formation de temps (30 ou bien 31) alimenté par l'oscillateur (32). 7.- Circuit de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un étage d'identification de perturbations (45) auquel sont raccordées les boucles de commande (28, 29), les étages de formation de temps (30, 31), et ltoscillateur (32), et qui signale les perturbations, sélectionnées selon leur cause, par l'intermédiaire de systèmes de signalisation, de préférence des voyants lumineux, (38, 47, 48, 49). 8.- Circuit de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce quil est réalisé sous la forme de circuit solide intégré sur une platine (1).