Brevet FR2598830A1 — publié le 19871120

- "Procédé pour commander ou réguler au moins deux grandeurs de processus, notamment dans le domaine du mélange de deux liquides de températures différentes. La présente invention concerne un procédé pour commander ou réguler au moins deux grandeurs de procesus, dans 15 lequel on mesure un paramètre de l'une des deux grandeurs de processus et on le compare avec une valeur prescrite et dans lequel la seconde valeur de processus est supérieure à la première grandeur de processus si la valeur mesurée dépasse, par valeur supérieure, la valeur prescrite. Dans la technique de procédé, il est fréquemment nécessaire de choisir entre deux grandeurs de processus, par exemple, dans un but de refroidissement, de commuter d'un liquide plus chaud à un liquide plus froid. Des processus de commutation de ce type ont pour conséquence des discontinuités dans le processus; dans 25 l'exemple mentionné, ils opèrent des sauts indésirables de température. L'objet de l'invention est de réduire les discontinuités qui apparaissent lors de la commutation entre les différentes grandeurs de processus. On atteint cet objet par le moyen que, dans le cas d'un procédé du type mentionné au début, la première grandeur de processus est maintenue constante et que la seconde grandeur de processus croit pour une valeur mesurée croissante, si la valeur mesurée est inférieure à la valeur prescrite, mais supérieure à 35 une valeur inférieure prescrite; et que la seconde valeur de pro- 2 2598830 cessus est maintenue constante et que la première grandeur de processus décroît pour une valeur mesurée croissante, si la valeur mesurée est supérieure a la valeur prescrite mais inférieure à une valeur supérieure prescrite. - 5 Dans le cas de l'exemple indiqué au début, le débit du liquide plus chaud croit donc d'autant plus que la différence entre la température du liquide plus chaud et du liquide plus froid devient plus faible. Si la température du liquide qui était antérieurement le plus froid vient à dépasser, par valeur supérieure, 10- la température du liquide qui était antérieurement le plus chaud, le débit du liquide qui était antérieurement le plus froid décroit avec un écart croissant des deux températures l'une par rapport à l'autre. On obtient ainsi un passage de l'une à l'autre des grandeurs du processus, c'est-à-dire une relève de l'un des liquides 15 de refroidissement par l'autre liquide de refroidissement au cours de laquelle il n'apparait que de faibles discontinuités de la température de refroidissement. Dans une réalisation de l'invention, on mesure comme valeur prescrite un paramètre de l'autre grandeur de pro20 cessus. Il est avantageux de mesurer les mêmes paramètres pour les différentes grandeurs de processus. Par cette mesure il est possible de tenir compte dans les deux grandeurs de processus des modifications de paramètre qui apparaissent éventuellement. Dans le cas de l'exemple mentionné, on mesure comme paramètres les tempé25 ratures des deux liquides et on choisit chaque fois pour le refroidissement le liquide le plus froid. Dans une extension de l'invention, la modification dune grandeur de processus dépend d'au moins une valeur mesuree. La façon dont une grandeur de processus croit ou décroit se réalise 30 donc en fonction d'un paramètre des grandeurs de processus. Dans l'exemple mentionné, le liquide de refroidissement qui se réchauffe décroit linéairement par exemple dès que sa température est supérieure à celle de l'autre liquide. La pente de la décroissance linéaire y dépend donc de la différence des températures des deux 3,5 liquides. -. 3 2598830 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaissent des sous-revendications, ainsi que de la description qui suit de formes d'exécution de l'invention qui sont représentées sur trois feuilles de dessin. - La figure 1 est une représentation schématique d'une commande pour la commutation de deux grandeurs de processus, - la figure 2 est un diagramme tridimensionnel qui représente la commutation des deux grandeurs de processus de la figure 1 à l'aide des grandeurs de commande en fonction des 10 paramètres des grandeurs de processus, - la figure 3 est un diagramme bidimensionnel qui correspond à une coupe du diagramme de la figure 2 pour une valeur déterminée de l'un des deux paramètres et - la figure 4 est une représentation schématique 15 d'une régulation à l'aide de laquelle on porte un objet à une valeur prédéterminée à l'aide de trois liquides dont on dispose. Dans le cas de la commande représentée sur la figure 1, on amène une grandeur de processus Pi à un positionneur (13) au moyen d'une conduite d'arrivée (10). De façon correspondante 20 on amène une grandeur de processus P2 à un positionneur (23) au moyen d'une conduite d'arrivée (20) . Un paramètre T1 et T2 des grandeurs de processus P1 et P2 est chaque fois mesuré à l'aide d'un détecteur (11, 21), les détecteurs (11, 21) étant disposés devant les positionneurs (13, 23). Après les positionneurs (13, 25 23) sont prévues des conduites (15, 25) qui se regroupent en une conduite de départ commune (35). Les paramètres T1 et T2 sont amenés à un appareil de commande (40). L'appareil de commande (40) contient un élément de calcul (17), un élément de calcul (27) et un étage de sélection 30 de la valeur minimale (30). L'étage de sélection de la valeur minimale (30) est influencé par les deux paramètres T1 et T2 et, à partir de là, produit un signal TK, qui correspond toujours au plus petit des deux paramètres Tl et T2. L'élément de calcul (17) est influencé par le paramètre T1, par le signal TK et par un signal 35 A0 et, à partir de là, produit une grandeur de commande A1 qui | 0 : -: :e A A: :: : ::: | : : 0:;:: /4 ' 0 : S: - 5 .. est envoyée calcul (27) signal (Ao), neur (23). au positionneur (13). De la même façon, l'élément de forme, à partir du paramètre T2, du signal TK et du une grandeur de commande A2 qui influence le position- Pour des éléments de calcul (17, 27) on a les deux équations suivantes: Ai = A0 + Vi (TK - T1) A2 = A0 + V2 (TK - T2). En ce qui concerne les valeurs V1 et V2, il s'agit 10 des facteurs d'amplification des deux éléments de calcul (17, 27), auxquels on peut donner des valeurs déterminées. En ce qui concerne la valeur A0, il s'agit d'un signal de positionnement que l'on peut prescrire constant ou que l'on peut faire varier par exemple à l'aide d'une régulation qui vient se superposer. 1}5 Sur la figure 2, on a reporté les grandeurs de commande mentionnées Ai et A2 en fonction des paramètres T1 et T2. Les différentes valeurs des grandeurs de commande A1 et A2 forment des surfaces brisées qui s'intersectent le long d'une droite de brisure (45). Pour une température déterminée T2, à partir de 20 la représentation tridimensionnelle de la figure 2, on obtient la représentation bidimensionnelle de la figure 3. Sur la figure 3, les grandeurs de commande A1 et A2 sont donc portées en fonction du paramètre T1, le paramètre T2 étant constant. La droite de brisure (45) de la figure 2 est 25 devenue un point d'intersection (45) sur la figure 3. Si T1 est inférieure à T2, il en résulte que TK = T1. De l'équation précédente on déduit alors aussi A1 = AO. Ceci correspond à la partie supérieure gauche de l'allure de la grandeur de commande A1 sur la figure 3. Si T1 est supérieure à T2, il en résulte TK = T2. Pour la grandeur de commande il en résulte également A1 = A0 + V1 (T2 T1). Cette allure de la grandeur de commande Ai correspond à la zone médiane de la figure 3, dans laquelle la grandeur de commande A1 présente une pente négative. La pente négative résulte 35 ici du fait que le paramètre T1 est supérieur au paramètre T2. 2598830 Selon la figure 3, la droite représentative de la grandeur de commande A1 coupe l'abscisse exprimant le paramètre T1 pour une valeur supérieure TO. Pour cette valeur on a l'équation: TO = T2 + Ao/V1. On peut donc prescrire la valeur supérieure TO au moyen du facteur d'amplification V1. Selon l'équation donnant la grandeur de commande A1, pour les valeurs du paramètre Tl qui sont supérieures à TO, cette grandeur présente également une pente négative. Du fait que toutefois la grandeur de commande Ai ne peut pas devenir négative, 10 on a: A1 = O, si T1 est supérieure à TO. Ceci est représenté dans la zone inférieure droite de la figure 3. Selon l'équation mentionnée au début, pour les valeurs du paramètre T1 qui sont inférieures à T2, on a, pour la grandeur de commande A2: A2 = AO + V2 (T1 - T2). Cette allure de 15 la grandeur de commande A2 correspond à la zone médiane de la figure 3, sur laquelle la grandeur de commande A2 présente une pente positive. Comme toutefois, la grandeur de commande A2 ne peut pas non plus devenir négative, dans la zone inférieure gauche 20 de la figure 3, la grandeur de commande A2 est égale à zéro. Le passage de A2 = O a la valeur A2 à pente positive se produit exactement à l'endroit o T1 correspond à une valeur inférieure TU. Pour cette valeur inférieure TU on: TU = T2 - AO/V2. Si Tl est supérieure à T2, de l'équation mentionnée 25 au début, on déduit pour la grandeur de commande A2: A2 = AO. Cette allure de la grandeur de commande A2 est indiquée dans la zone supérieure droite de la figure 3. Si les deux valeurs de paramètre T1 et T2 sont égales, alors on a A1 = A2 = AO. Ceci correspond sur la figure 30 3 au point d'intersection (45). Le passage de la grandeur de processus Pi à la grandeur de processus P2 se fait de la façon suivante: Si le paramètre T1 de la grandeur de processus P1 est inférieure à la valeur inférieure TU, alors la grandeur 35 A1 qui influence la grandeur de processus P1 correspond à la 6 2598830 grandeur réglante AO, tandis que la grandeur de commande A2 qui influence la grandeur de processus P2 est égale à zéro. Si le paramètre TI est supérieur à la valeur inférieure TU, mais inférieur au paramètre T2, alors la grandeur de commande Al correspond encore '5 à la grandeur réglante A0, mais la grandeur de commande A2 croit linéairement lorsque l'écart des deux paramètres Tl et T2 décroît. Lorsque les deux paramètres Tl et T2 sont égaux, alors la grandeur de commande A2 correspond également à la grandeur de commande A0. Si le paramètre Tl est supérieur au paramètre T2, alors on conserve 10 encore la valeur A0 pour la grandeur de commande A2. Par contre, la grandeur de commande Al décroît linéairement jusqu'à la valeur zéro lorsque l'écart des deux paramètres Tl et T2 croît. La grandeur de commande Al atteint la valeur zéro exactement à l'endroit o le paramètre TI correspond à la valeur supérieure TO. Si le para15 mètre Tl est supérieur à la valeur supérieure TO, alors la grandeur de commande Al est égale à zéro. Au total par conséquent, à l'aide de la commande qui est représentée sur la figure 1 et que l'on a expliquée sur les figures 2 et 3, la grandeur de processus se règle toujours 20 sur la valeur de la grandeur réglante A0 dont le paramètre représente la plus petite valeur. On peut donc par exemple utiliser la commande décrite à des fins de refroidissement, si, comme grandeur de processus, on prévoit des liquides de refroidissement dont on mesure les températures comme paramètres des grandeurs '25 de processus. La régulation représentée sur la figure 4 sert au chauffage, par exemple, d'une salle en équilibre de température (95) ou analogue. Dans trois récipients (50, 60, 70) se trouvent des liquides (59, 69, 79). Les liquides (59, 69, 79) sont respecti30 vement amenés à un robinet (54, 64, 74) au moyen de conduites (51, 61, 71). Des détecteurs de température (52, 62, 72) sont prévus dans les conduites (51, 61, 71) pour la mesure de température Tl, T2 et T3. Des conduites (56, 66, 76) conduisent des robinets (54, 64, 74) à une conduite commune (91). Celle-ci est raccordée à 35 un récipient (92) ou analogue qui comporte une évacuation (89). 7 2598830 Dans le récipient (92) se trouve la salle en équilibre de température (95) dans laquelle on dispose un détecteur de température (86). Les robinets (54, 64, 74) sont sollicités par des 5 calculateurs (58, 68, 78) qui donnent les grandeurs de commande Al, A2, et A3. Les équations pour les trois calculateurs (58, 68, 78) s'expriment comme suit: A1 = A0 + V (Tl TG), A2 = A0 + V (T2 - TG) et A3 = A0 + V ( T3 - TG). En ce qui concerne la grandeur TG, il s'agit d'un signal de température maximale qui se forme à l'aide d'un étage de sélection de valeur maximale (80). Les signaux de température Tl, T2 et T3 sont amenés à l'étage de sélection de valeur maximale 15 (80). A partir de ces signaux de température, l'étage de sélection de valeur maximale (80) forme le signal TG comme suit: TG = Maximum (T1, T2, T3). Le signal TG correspond toujours au plus grand des trois signaux de température Tl, T2 et T3. En ce qui concerne la grandeur A0, il s'agit d'un signal de positionnement. Ce signal est formé par un régulateur (83). De son côté le régulateur (83) est sollicité par un signal de température prescrite Tprescrite et par un signal de température réelle T-réelle. Le signal de température prescrite T-prescrite 25 peut par exemple être prescrit par un opérateur. Le signal de température réelle T-réelle est donné par le détecteur de température (86) et correspond donc à la température effective de la salle en équilibre de température (95). Si l'on doit chauffer la salle en équilibre de 30 température (95) à la température prescrite T- prescrite, alors, en particulier à l'aide de l'étage de sélection de la valeur maximale (80) et en fonction de ce qui a été dit au sujet de la commande de la figure 1, parmi les liquides (59, 69, 79) dont on dispose, est sélectionné celui qui présente la température la plus élevée. 35 Le robinet correspondant à ce liquide s'ouvre complètement tandis : 8 2598830 que les deux autres robinets se ferment ou ne s'ouvrent que légèrement. A l'aide de la régulation qui se superpose à la commande de sélection et qui est essentiellement constituée du régulateur (83), le débit de liquide amené au récipient (92) et donc à la À 5 salle en équilibre de température (95) se règle de façon que la salle en équilibre de température (95) atteigne la température prescrite T-prescrite désirée puis la conserve. Si les températures de liquide (59, 69, 79) se modifient, la commande de sélection en tient compte. Le remplacement des différents liquides l'un par l'autre s'y fait en fonction de ce qui a été dit en particulier au sujet de la figure 3. R -' -- A l'aide de la commande de sélection il est donc garanti que, dans l'exemple d'exécution de la figure 4, à tout moment est amené à la salle en équilibre de température (95) le liquide qui présente la température la plus élevée. On obtient de cette façon que la salle en équilibre de température (95) puisse être chauffée le plus rapidement possible à la température désirée. A l'aide de la régulation qui vient se superposer, on maintient alors constante la température désirée de la salle en équilibre de température (95) sous l'action du débit du liquide. Ceci fait que, pour chauffer la salle en équilibre de température (95), on emploiele débit de liquide le plus faible possible. En variante aux exemples d'exécution décrits, il est possible de commander ou de réguler de façon correspondante un nombre quelconque de grandeurs de processus. Il est également possible de mesurer différents paramètres des grandeurs du processus qui doivent alors toutefois s'accorder l'une avec l'autre. Le passage de l'une des grandeurs de processus à une autre, qui est représenté linéairement dans les exemples d'exécution décrits, peut également s'effectuer à l'aide d'autres fonctions quelconques. Si par exemple on met en oeuvre comme appareil de commande - ou comme appareil de calcul un ou plusieurs microprocesseurs ou analogues, alors ces passages peuvent être effectués presque de façon quelconque et différemment l'un de l'autre. Enfin, le procédé décrit ne se limite pas seulement au refroidissement ou au -4 9 2598830 chauffage de salles en équilibre de température, mais peut s'appliquer de façon générale à la technique des procédés. - De la description il résulte les avantages caractérisés en ce que comme valeur prescrite (T2) on mesure un paramètre de l'autre grandeur de processus (P2); en ce que la première grandeur de processus et la seconde grandeur de processus (P1,P2) ont la même valeur quand la valeur mesurée (TI) est égale à la Valeur prescrite (T2); en ce que la modification d'une grandeur de processus dépend d'au moins 10 une valeur mesurée; caractérisé en ce que la modification d'une grandeur de processus dépend d'une régulation qui se superpose; en ce que, comme grandeur de processus est prévu le débit de passage d'un liquide; et en ce que comme paramètre de la grandeur de processus est prévue la température du 15 liquide. 2598830 REVENDICATIONS 1. Procédé pour commander ou réguler au moins deux grandeurs de processus, dans lequel on mesure un paramètre de l'une des deux grandeurs de processus et on le compare avec une valeur 5 prescrite et dans lequel la seconde grandeur de processus est supérieure à la première grandeur de processus si la valeur mesurée dépasse, par valeur supérieure, la valeur prescrite, caractérisé en ce que la première grandeur de processus (Pi) est maintenue constante et que la seconde grandeur de processus (P2) croit pour 10 une valeur mesurée (TI) croissante, si la valeur mesurée (Tl) est inférieure à la valeur prescrite (T2) mais supérieure à une valeur inférieure prescrite (TU); et en ce que la seconde valeur de processus (T2) est maintenue constante et que la première grandeur de processus (Tl) décroit pour une valeur mesurée (T1) croissante, 15 si la valeur mesurée (TI) est supérieure à la valeur prescrite (T2) mais inférieure à une valeur supérieure prescrite (TO). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme valeur prescrite (T2) on mesure un paramètre de l'autre grandeur de processus (P2). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première grandeur de processus et la seconde grandeur de processus (Pl, P2) ont la même valeur quand la valeur mesurée (TI) est égale à la valeur prescrite (T2). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, 25 caractérisé en ce que la modification d'une grandeur de processus dépend d'au moins une valeur mesurée. 5. Procédé selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que la modification d'une grandeur de processus dépend d'une régulation qui se superpose. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que comme grandeur de processus est prévu le débit de passage d'un liquide. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que comme paramètre de la grandeur de processus est prévue 35 la température du liquide.