Brevet FR2608757A1 — publié le 19880624

La présente invention concerne un dispositif pour l'analyse en continu du débit d'un fluide, ainsi qu'un pro- cédé pour l'utilisation de ce dispositif. On sait que les exploitants de réseaux d'eau, de chaleur et d'assainissement, pour une saine gestion de leurs installations,ont le plus grand besoin d'informations statis- tiques sur les quantités débitées et sur leurs variations en fonction du temps. L'analyse de ces données permet entre autres: - Sur les réseaux de distribution d'eau potable: de déceler les débits de fuite pendant les heures de faible consommation, de connaître la valeur des pointes de consom- mation afin de pouvoir optimaliser la production, et de signaler tout débit excessif pouvant avoir pour cause une rupture d'une canalisation maîtresse; - Sur les réseaux d'assainissement: d'apprécier l'échelle des débits du fluide qui passe par un poste de relèvement et, plus particulièrement, de connaître les taux de dilution par temps de pluie; Sur une alimentation en eau industrielle: de surveiller les pointes de consommation; - Sur un réseau de distribution d'eau chaude sani- taire: de suivre l'évolution des consommations afin de déce- ler tout début d'erreur de mesure par le compteur de livraison; et: - Sur un réseau de chaleur: de surveiller les consommations d'énergie thermique pour vérifier si elles restent compatibles avec les puissances souscrites par les abonnés. Il est donc aisé de comprendre l'importance des analyses en continu des débits de fluides pour de telles installations, et, compte tenu de la lourdeur et de l'inadap- tation des équipements existants, un but de l'invention est de proposer, avec son procédé d'utilisation, un équipement portable et autonome de saisie, de traitement et de mémori- sation des signaux délivrés par un organe mesureur ou de transfert de fluides, équipement qui est destiné notamment à fournir un échantillonage caractéristique des débits, le relevé des volumes et la chronologie des valeurs de crête mesuré es. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif de ce type dont la consommation d'énergie soit très faible, ce qui lui confère une large autonomie, et qui soit peu coûteux, robuste et d'utilisation facile, même pour un opérateur qui n'est pas technicien. Selon l'invention, ces buts, et d'autres qui appa- raitront par la suite,sont atteints grâce à un-dispositif d'analyse en continu du genre spécifié ci-avant qui est caractéeise par le fait qu'il comprend un compteur à tête émettrice monte sur le tuyau que traverse le fluide dont il s'agit d'analyser le débit, un analyseur portable et auto- nome qui peut être relié à ce compteur et qui est muni d'une mémoire susceptible d'enregistrer les données fournies par le compteur, et des moyens amovibles pour relier cet analy- seur portable à un ordinateur d'exploitation des donneées en question. On comprend qu'il est ainsi possible d'installer l'analyseur portable et autonome sur le site o il s'agit de mesurer des débits, de le brancher sur le compteur et de le laisser sur place pendant une duree plus ou moins longue, qui peut être d'une semaine par exemple, puis, à l'expira- tion de cette durée, de revenir sur le site pour le débran- cher, de l'emporter vers un autre endroit, éventuellement fort éloigné, pour le raccorder à un ordinateur qui, s'il est pourvu du logiciel correspondant, se charge de l'analyse, de l'exploitation et de l'impression des données recueillies sur le site. Avantageusement, l'analyseur portable proprement dit comprend une unité centrale de traitement à microproces- seur à laquelle sont reliées une mémoire de programme et une mémoire vive d'enregistrement des données, ainsi qu'au moins une entrée et au moins une sortie, et, si on le souhaite, un organe d'affichage. De préférence, chacune des entrées est choisie dans le groupe qui comprend les entrées pour les signaux impulsionnels rapides provenant de compteurs à lecture stroboscopique, les entrées pour les signaux impulsionnels lents provenant de compteurs à commande par aimant et ampou- le de Reed, les entrées pour les signaux par "tout ou rien", et les entrees pour les signaux analogiques. Il peut y avoir, en particulier, une entrée pour les signaux impulsionnels rapides et une entrée pour les signaux impulsionnels lents qui sont reliées entre elles par un diviseur de fréquence. Ainsi, le dispositif selon l'invention peut s'adapter sans montage supplémentaire aux divers types de signaux prove- nant du compteur. Quant aux sorties, outre celles qui sont normale- ment raccordens à l'ordinateur d'exploitation des données, elles peuvent comprendre une sortie pour la commutation d'une source de courant extérieure, cette sortie étant reliée par des bascules adressables à l'unité centrale de traitement. Enfin, l'analyseur portable de l'invention peut avantageusement comprendre une horloge d'exploration des entrées. Ainsi que cela a déjà été indiqué plus haut, le dispositif selon l'invention est mis en oeuvre au moyen d'une pluralité de phases au cours desquelles, successive- ment, on raccorde, sur le site, l'analyseur portable et amovible au compteur à tête émettrice, on le débranche à l'expiration d'une durée prédéterminée d'analyse du débit, et on le transporte jusqu'à un poste d'exploitation des données o on le raccorde à un ordinateur. La description qui va suivre, et qui ne présente aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre com- ment la présente invention peut être mise en pratique. Elle doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels: - La figure 1 représente de manière très schéma- tique l'utilisation de l'analyseur portable selon l'inven- tion, sur le site, d'une part, et, d'autre part, lors de l'exploitation des données qu'il a enregistrées; et: - La figure 2 montre sous la forme d'un schéma par blocs l'analyseur portable du dispositif selon l'inven- tion. Comme on le voit sur la partie supérieure de la figure 1, un compteur 1 à tête émettrice est monté sur une canalisation 2 traversée par un fluide dont il s'agit d'ana- lyser le débit. Ce compteur 1 peut être relié par une ligne conductrice 3 à l'analyseur portable proprement dit qui est désigné dans son ensemble par le repère 4, et ce, au moyen d'un connecteur amovible classique 5. Lorsque l'analyseur portable 4 est déconnecté de la ligne conductrice 3, il est possible de le transporter aussi loin qu'on le souhaite, jusqu'au voisinage du poste de travail 6( d'un micro-ordinateur (voir la partie inféri- eure de la figure 1), et de le raccorder à ce dernier de manière amovible au moyen d'une ligne conductrice 7 et de ses connecteurs d'extrémité 8 et 9. Les données emmagasinées par l'analyseur portable 4 peuvent alors être traitées par le micro-ordinateur 6 et, après initialisation, on peut utiliser à nouveau l'analyseur 4 sur le site, de la manière qui a été décrite plus haut. Comme on le voit sur la figure 2, l'analyseur por- table 4 proprement dit est organisé autour d'une unité cen- trale de traitement 10 dont le choix et la réalisation sont à la portée de l'homme de l'art et qui, en conséquence, ne sera pas décrite ici de manière détaillée. Cette unité 10 est reliée, de manière classique, à une barre collectrice de données et d'adresses 11, ou "bus", à laquelle sont raccor- dées une mémoire 12 chargée d'emmagasiner le programme de l'analyseur portable, et une mémoire vive ou "RAM" (Random Access Memory) 13 qui comprend un tampon ou "buffer" 14 et qui reçoit les données fournies par le compteur 1. A titre indicatif, la mémoire de programme 12 peut présenter une capacité de 4 kilo-octets et la mémoire vive 13 une capacité de 2 kilo-octets. En outre, l'unité centrale de traitement est reliée, du moins indirectement, à quatre entrées ou bornes 21 à 24 et à quatre sorties 25 à 28, ainsi que cela va être expliqué maintenant. L'entree 21 est destinée au raccordement à une tête émettrice de compteur à lecture stroboscopique dont le signal impulsionnel est rapide, sa fréquence étant comprise entre 30 et 200 Hz environ. Au contraire, l'entrée 22 est adaptée aux têtes émettrices ou répétiteurs d'impulsions à dispositif de commande par aimant et ampoule de Reed dor- le signal impulsionnel est plus lent, sa fréquence allai. d'une impulsion en 30 minutes jusqu'à 30 Hz. L'entrée 21 est reliée par un diviseur 30 au dizième qui ramène les signaux rapides dans la gamme de fréquences des signaux lents, à l'entrée 22 de ces derniers, cette entrée 22 étant reliée à son tour à l'unité centrale de traitement 10 à tra- vers un filtre passe-bas d'entree 31 et une bascule 32. L'entrée 23 est destinée à recevoir un signal "tout ou rien" de changement d'état qui traduit, par exemple, l'état de marche ou d'arrêt d'une pompe de relevage des eaux usées et qui permet, en introduisant le débit nominal de cette pompe, de déterminer l'échelonnement des volumes de fluide passant par un reseau d'assainissement. Cette entrée 23 est reliée à l'unité centrale de traitement 10 par un tampon 33 ou "buffer" pouvant débiter trois états de sortie. Quant à l'entrée 24, elle peut recevoir un signal analogique allant par exemple de 4 à 20 mA, lorsque le compteur 1 débite un courant de mesure dans une résistance calibrée; ce courant est converti en une tension allant de 2,5 à 12,5 V. et échantillonné après passage dans un conver- tisseur analogique/numérique 34 pour arriver à l'unité cen- trale 10 à travers le "bus" 11. En ce qui concerne maintenant les sorties, elles sont de deux types qui correspondent respectivement aux bornes 25 à 27 et à la borne 28. Les bornes 25 à 27 sont destinées à être raccor- dées par la ligne connectrice 7 (figure 1) au micro- ordinateur 6. Elles sont raccordées à l'unité centrale 10 par un organe d'initialisation 35 pour la première, par un adaptateur d'entrée 36 pour la deuxième et, pour la troi- sième, par un amplificateur 37 et un adaptateur de sortie 38, un bruiteur 37a pouvant être monté entre ces deux der- niers organes. L'amplificateur 37 est alimenté par un élévateur/inverseur de tension 39 qui est raccordé à l'unité centrale de traitement 10 par une horloge constituée par un quartz 41 dont la fréquence est, par exemple, égale à 32,76YkHz, cette fréquence étant ensuite divisée par un fac- teur 210 en 42 pour fournir à l'unité centrale 10 une fré- quence effective égale à 32 Hz environ. Ainsi, les sorties à 27 permettent l'initialisation de l'analyseur portable lors des opérations de mise à l'heure, l'entrée du poids des impulsions et le transfert des données emmagasinées dans la mémoire vive 13. Pour sa part, la sortie 28 est destinée à la com- mutation d'un courant extérieur et elle permet de délivrer deux informations de seuil à partir des paramètres entrés on données. Elle est reliée à l'unité centrale de traitement à travers des bascules adressables 40 et le "bus" 11. Enfin, un afficheur à deux lignes 43 peut être raccordé au "bus" 11 pour visualiser les résultats des mesu- res du compteur 6, et l'ensemble est alimenté par une pile qui est schématisée en 44 et qui peut être une pile alcaline de 9 Volts. Le mode de fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est à la portée de l'homme de l'art, et il ne sera donc pas étudié ici de manière détaillée. On se conten- tera, dans ce qui suit, de préciser quelques points parti- culiers de ce mode de fonctionnement. Dans une forme de réalisation avantageuse, l'unité centrale de traitement 10 comprend un microprocesseur 1802 de la Société RCA et les composants, réduits au nombre mini- mal, sont du type CMOS, ce qui constitue un facteur de faible consommation d'énergie. D'autre part, le logiciel emmagasiné dans la mémoi- re de programme 12 est écrit en assembleur; il est d'une structure multitâches, et il gère simultanément les fonctions prioritaires d'incrémentation d'horloge et de lecture de l'état d'entrée, ainsi que les fonctions de trai- tement des données et de chargement de la mémoire vive 13. La fréquence d'exploration des entrées 21/24 est de 32 Hz, soit une période égale à 31,25 millisecondes. Chaque front de changement d'état est mémorisé pour un traitement dans la période, et, si la fréquence d'entrée impulsionnelle excède 0,25 Hz, les informations sont cumulées s une période de 4 à 8 secondes pour être traitées en moyenne arithmétique, -la précision ainsi obtenue étant supérieure à 1 sur toute la gamme de mesure. L'afficheur 43 exprime la mesure directement dans l'unité choisie lors de l'initialisation, après un calcul de conversion de la forme: Q (m3/h)= n x P x 3,6 T x 31,25 x 1o-3 o n est le nombre d'impulsions dans l'intervalle de temps, P le poids des impulsions saisi en entrée de données et exprimé en litres, et T le nombre de scrutations de l'entrée pendant l'intervalle de temps. Le nombre de chiffres significatifs est volontai- rement limité à quatre pour faciliter la lecture, et la virgule vient se placer automatiquement. Ces mesures apparais- sent cycliquement sur l'afficheur alpha-numérique 43 à deux lignes, la première ligne indiquant la nature de la mesure, à savoir: "Debit minimum", "Débit maximum" ou "Débit instan- tané", cependant que la seconde exprime la valeur de la mesure et l'unité utilisée, comme par exemple: "31250 l/h" ou"31,25 m3/h:' Le dispositif selon l'invention qui vient d'être décrit a volontairement été conçu sans organe de commutation en façade, ce qui veut dire qu'il ne comporte aucun clavier de choix de fonction ou de gamme, et ce, afin de faciliter sa mise en oeuvre par un opérateur non technicien. Il se comporte comme un module péri-informatique en utilisant toute la puissance de calcul et de traitement qu'autorise l'ordinateur avec son clavier et son imprimante. Non seulement les buts de la présente invention, tels qu'ils ont été exposés au début, sont très largement atteints grâce à l'analyseur portable décrit ci-dessus, mais encore ce dispositif présente d'autres avantages qui seront précisé s ci-apres. Pour les buts de l'invention, on répétera que la consommation d'énergie est ici très faible, puisqu'elle est de 200 eA en l'absence de l'afficheur 43 et de 1,4 mA en sa présence, de sorte que la durée de vie d'une pile alcaline de 9 Volts est de plus de six mois dans le premier cas et de quize jours dans le second. En outre, l'appareil est autonome sur le site et lorsqu'il est relié à l'ordinateur, grâce à son élévateur de tension 39 qui fournit la tension de + 12 Volts pour la sortie 27 à partir d'une tension de 0/5 Volts. Enfin, la mise en service du convertisseur de tension a lieu automatiquement par le branchement du câble 7 de l'ordinateur (voir figure 1), ce qui assure la double fonction d'él4vation et d'inversion de la tension. Quant aux autres avantages, on indiquera que l'encombrement de l'analyseur portable de l'invention est très faible, puisqu'il ne dépasse pas celui d'une calculette, alors que sa capacité de mémoire est importante, puisqu'elle permet de stocker l'historique d'une semaine de débit de fluide, soit 5.2 informations. On citera encore, comme avantages, une échelle des débits importante, grâce à un large spectre de fréquence des signaux d'entrée et à un échelon de résolution des impulsions de 0,5 cl à 20m3, et une immunité aux parasites due aux adap- tateurs d'entrée. En outre, l'appareil admet, sans surconsom- mation ni risque de détérioration, que son entrée soit main- tenue fermée pendant une période prolongée. En résumé, l'appareil selon l'invention est speci- fiquement adapté aux besoins des sociétés d'exploitation des réseaux publics d'eau, de chauffage et d'assainissement. Sa grande simplicité conduit à un coût très faible, cependant que sa robustesse et sa facilité d'utilisation permettent de le confier à un opérateur qui n'est pas technicien. - REVENDICATIONS - 1. Dispositif pour l'analyse en continu du débit d'un fluide, caractérisé par le fait qu'il comprend un compteur (1) à tête émettrice, un analyseur (4) portable et autonome qui peut lui être relié et qui est muni d',,ne mémoire susceptible d'enregistrer les données fou.es par ledit compteur (1), et des moyens amovibles (7, 8, 9) pour relier ledit analyseur (4) à un ordinateur (6) d'exploitation des- dites donneées. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit analyseur portable (4) comprend une unité centrale de traitement (10) à microprocesseur à. la- quelle sont reliées une mémoire de programme (12) et une mémoire vive (13) , ainsi qu'au moins une entrée (21 à 24) et au moins une sortie (25 à 28). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre au moins un organe d'affichage (43). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 2 et 3, caractérisé par le fait que chacune desdites entrées (21 à 24) est choisie dans le groupe qui comprend les entrées (21) pour signaux impulsionnels rapides prove- nant de compteurs à lecture stroboscopique, les entrées (22) pour signaux impulsionnels lents provenant de compteurs à commande par aimant et ampoule de Reed, les entrées pour signaux par "tout ou rien", et les entrées pour signaux analogiques. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comprend une entrée (21) pour signaux impulsionnels rapides et une entrée (22) pour signaux impul- sionnels lents reliées entre elles par un diviseur de fré- quence (30). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 5, caractérisé par le fait qu'il comprend une sortie (28) pour la commutation d'une source de courant extérieure, cette sortie étant reliée par des bascules adressables (40) à l'unité centrale de traitement (10). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend une horloge (41, 42) d'exploration des entrées. 8. Procédé pour la mise en oeuvre du dispositif selon l'une quelconque d,- revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'on raccorde, sur le site, l'analyseur portable et amovible (4) audit compteur (1) à tête émettrice, qu'on le débranche à l'expiration d'une durée prédéterminée d'ana- lyse du débit, et qu'on le transporte jusqu'à un poste d'exploitation ou on le raccorde à un micro-ordinateur (6).