Brevet FR2621406A1 — publié le 19890407

COMMANDE DE FOUR ELECTRIQUE INDUSTRIEL La présente invention se rapporte au chauffage de fours in- dusriels électriques et plus particulièrement au contrôle de la puis- sance fournie à des fours électriques notamment dans l'industrie verrière, par exemple des fours de chauffage du verre en vue de la trempe et/ou du bombage du verre. Il importe que la puissance fournie aux résistances électri* ques d'un four par exemple destiné au réchauffage de feuilles de verre en vue de leur trempe et/ou de leur bombage, soit rigoureusement contrôlée, sinon les différentes feuilles de verre traitées différem* ment se bomberont et/ou se tremperont de façons différentes les unes des autres. Il en résultera des disparités dans les formes des vitrages ainsi fabriqués, ainsi que dans leur état de trempe. Pour ces fours de trempe et/ou de bombage de feuilles de verre, on a besoin d'une grande précision de la puissance électrique dissipée et on cherche notamment à n'avoir que des variations inférieu* res à 1 %. Outre les avantages de qualité de chauffage du verre déjà signalés, le contrôle précis de la puissance dissipée permettrait de ne pas subir les perturbations du réseau général d'électricité, de ne pas engendrer d'autres perturbations, de faire fonctionner les installa. tions avec plus de régularité, ce qui est bénéfique pour leur durée de vie. Il existe certes des commandes analogiques de thyristors qui pourraient donner satisfaction pour piloter des fours électriques industriels, mais dans ces cas, est alors associée à chaque thyristor une carte électronique de commande dont le coût est élevé. Quand on sait que pour de grandes installations, il faut commander une ou plu. sieurs centaines de thyristors, on se rend compte de l'importance du coût que ce genre d'installation représenterait. La présente invention vise à résoudre ce problème du contrôle précis de la puissance dissipée sur les résistances d'un four v2. électrique, notamment destiné au chauffage de feuilles de verre en vue de leur trempe et/ou de leur bombage, sans qu'il soit nécessaire d'investir des sommes aussi importantes que selon la technique antérieure. Elle propose pour cela d'utiliser des thyristors associés aux résistances électriques des fours dont le fonctionnement est à contrôler, de les commander en mode syncopé par un calculateur indus. triel ou un automate programmable industriel (A.P.I.) réalisant un en. semble de fonctions qui permettent de calculer les puissances à dissiper d'une part et de commander directement les thyristors de façon à dissiper les puissances précédemment calculées d'autre part. Les fonctions introduites comprennent les fonctions suivantes: À Calcul des séquences syncopées et/ou sélection des séquences syncopées correspondant au niveau de puissance à dissiper, Elaboration d'une table ou matrice de commande pour tous les thyristors, * Commande logique des thyristors. Avantageusement, pour améliorer la précision du contrôle de la puissance dissipée, une fonction supplémentaire de contrôle de la différence de potentiel (d.d.p.) du réseau fournisseur de l'électricité et de correction de la puissance théorique à dissiper en fonction des fluctuations de cette d.d.p. est prévue. De préférence il est également procédé à un lissage de la ta- ble ou matrice de commande de tous les thyristors, de manière à éviter un amorçage simultané de tous les thyristors affectés de pourcentages de puissance corrigée voisins. Avantageusement, pour réduire les temps de calcul, ce lissage s'effectue par simple décalage des séquences de la table ou matrice de commande des thyristors. Avantageusement, ces fonctions sont réalisées grâce à un algorithme de calcul introduit dans le calculateur ou l'au- tomate. L'invention propose également une installation équipée de ré. sistances électriques du type four pour le réchauffage de feuilles de verre en vue notamment de leur bombage et/ou de leur trempe, ces résis. tances étant pilotées par des thyristors, installation dans laquelle les thyristors sont directement reliés à un calculateur industriel ou un automate programmable industriel (API), sans interposition de blocs de commande du type cartes électroniques, les fonctions calculs et co- mande de ces thyristors associés aux résistances étant effectuées par le calculateur ou l'automate. Avantageusement, ce calculateur ou cet automate appartient déjà à l'installation comportant un four, pour régler son fonctionnes ment et il lui est simplement demandé d'accomplir des fonctions en plus de celles qu'il effectue déjà, pour piloter le fonctionnement des thy* ristors et résistances associées. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, en référ rences aux schémas blocs et à la représentation d'un algorithme de création de séquence syncopée joint à titre de figures, ainsi qu'à un schéma de l'installation. Ainsi, ces figures sont référencées comme suit: Figure 1: schéma illustrant les fonctions élaborées dans un calculateurs industriel ou un automate industriel programmable pour controler la puissance électrique dissipée dans les résistances d'un four. Figure 2: schéma du type de celui de la figure i mais per- fectionné. Figure 3: schéma du type de ceux des figures 1 et 2 mais constituant le mode préféré de commande. Figure 4: algorithme de création d'une séquence syncopée correspondant à un pourcentage donné de puissance: PC. Figure 4A: représentation de l'Algorithme lui.même. Figure 4B: signification des variables utilisées dans la re. présentation de la figure 4A. Figure 5: schéma de l'installation équipée de résistances et pilotée par calculateur ou automate. La figure 5 montre une installation équipée de résistances 1 a piloter. Ces résistances 1 sont associées à des thyristors 2 de comn. mande reliés directement par des cables 3 à un calculateur industriel ou à un automate programmable industriel 4, les calculs et les fonc. tions de commande nécessaires au pilotage de ces résistances et thyris* tors étant élaborés dans ce calculateur ou cet automate et transmis directement aux thyristors sans interposition de cartes électroniques de commande. Les fonctions qui dans l'art antérieur pouvaient être accom- plies au niveau des cartes électroniques sont reportées dans le cal. culateur ou l'automate. Ainsi la commande logique en mode syncopé de chaque thyristor est élaborée dans le calculateur ou l'automate (API). Pour commander ainsi les thyristors il convient de leur ap. pliquer une pluralité P de commandes logiques (0 ou 1) ou séquence syn- copée pendant les P alternances de 20 millisecondes de réseau électrique à 50 Hz, qui correspondent à la puissance qui doit théori. quement être dissipée dans les résistances de l'installation. Le nombre P dépend de la précision souhaitée. Ainsi pour une erreur de quantification de puissance souhaitée inférieure à 0,25 %, il faut controler 200 alternances par séquence, c'est à dire que la base de temps du système est de 4 secondes. Le calculateur ou A.P.I. prépare la séquence syncopée propre à chaque thyristor. Avantageusement, de manière à optimiser le temps de calcul du calculateur ou A.P.I., celui-ci possède en mémoire les 201 séquences syncopées préélaborées (de 0 à 100 % par pas de 0,5 %) et il ne fait que sélectionner les séquences syncopées pour chaque thyristor. Le calcul ou la sélection des séquences syncopées se fait de façon à ce que la puissance dissipée dans toutes les résistances pilo. tées par les thyristors soit globalement constante de seconde en seconde. A partir de cela, le calculateur élabore une table de commande de tous les thyristors raccordés sur la même phase du réseau débiteur d'électricité (table à P colonnes et à autant de lignes qu'il y a de thyristors à commander, constituée de 1 ou 0 suivant que le thyristor doit être conducteur ou non conducteur. Ensuite à partir de cette table de commande, le calculateur ou A.P.I., à chaque alternance du réseau électrique, sélectionne une colonne de sa table de commande qu'il valide sur la commande des thy. ristors. Cette opération nécessite une synchronisation du calculateur ou A.P.I. sur le réseau, afin de valider une conduction effective de chaque thyristor, le cas échéant. Ce type de commande est schématisé figure 1. Avantageusement, comme illustré figure 2, les perturbations éventuelles du réseau élec- trique sont prises en compte et une correction de la puissance théori. que à dissiper est effectuée pour pallier à ces perturbations. La valeur corrigée PC de la puissance, en fonction des fluctuations du ré- seau électrique est: Pc = Pt UN2 UM PT étant la puissance théorique à dissiper (niveau nominal de la d.d.p. du réseau), UN étant la valeur nominale de la d.d.p. du réseau, UM étant la valeur mesurée de la d.d.p. du réseau, PT et PC étant exprimés en pourcentages de la puissance ins. tallée. C'est donc sur la base de cette puissance corrigée en fonc- tion des fluctuations du réseau électrique qu'est calculée, ou sélec- tionnée à partir de présélections entrées en mémoire dans le calculateur ou A.P.I., les séquences syncopées propres à chaque thyris* tor, puis qu'est élaborée la table de commande des thyristors et qu'enfin sont commandés lesdits thyristors. Comme précédemment, ces fonctions de calcul et de commande sont faites par le calculateur ou l'A.P.I. En outre, selon un mode préféré, de manière à compenser l'effet d'amorçage simultané des thyristors affectés de pourcentages voisins de puissance corrigée, un lissage de la table de commande est réalisé. Avantageusement, et compte tenu de l'intérêt qu'il a de rédui. re au maximum les temps de calcul cycliques du calculateur ou de l'A.P.I., chaque séquence de la table subit un décalage d'un nombre de pas égal à la position de sa ligne moins un. Ces opérations de calcul de préparation de la commande synco. pée peuvent se faire manuellement, mais de préférence et avantageuse, ment elles sont faites par le calculateur ou l'A.P.I. grâce à un algorithme de calcul introduit dans le calculateur ou l'A.P.I. Un tel algorithme pour mettre en oeuvre le mode préféré de la figure 3 est re. présenté figure 4A. Comme déjà dit, lorsqu'on fait réaliser les fonctions de cal- cul et de commande des thyristors dans un calculateur, ou un A.P.I. présent de toute façon sur l'installation, le coût du matériel est beaucoup plus faible. On peut facilement contrôler la puissance effec. tivement dissipée et donc tenir compte plus précisément des perturba* tions du réseau électrique et on peut dissiper la puissance désirée de façon plus homogène. Il en résulte une plus grande durée du matériel qui fonction. ne dans des conditions régulières, une meilleure constance de fonction. nement-,--d'o des rendements améliorés et des qualités de vitrages améliorés (conditions de chauffage des vitrages plus précises, plus ré- gulières, conduisant à de meilleures trempes et/ou bombages). Il en ré. * 6 - sulte également une diminution des perturbations électriques générées par l'installation, d'o une moindre pollution du réseau électrique gé- néral. REVENDICATIONS 1) Procédé de contrôle de la puissance dissipée sur les ré- sistances d'un four électrique, notamment destiné au chauffage de feuilles de verre en vue de leur trempe et/ou de leur bombage, lesdites résistances étant pilotées par des thyristors, caractérisé en ce qu'on commande les thyristors en mode syncopé grâce à un calculateur indus. triel ou un automate industriel programmable réalisant un ensemble de fonctions qui permettent de calculer les puissances à dissiper d'une part et de commander directement les thyristors de façon à dissiper les puissances précédemment calculées d'autre part. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les fonctions de calcul comprennent facultativement la correction de la d.d.p. du réseau et éventuellement la préparation de la commande syn. copée. 3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les fonctions de commande peuvent comprendre: la sélection des séquences syncopées, l'élaboration d'une table de commande pour tous les thyristors, la commande logique des thyristors. 4) Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que les fonctions de commande comprennent en outre une fonction de lissage de la table de commande. ) Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le lissage s'opère par décalage. 6) Procédé selon l'une des revendications précédentes carac* térisé en ce que les fonctions de commande et éventuellement de calcul sont réalisées grâce à un logiciel introduit dans le calculateur ou l'automate. 7) Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le logiciel se présente sous la forme de l'algorithme de calcul montré fi- gure 4. 8) Procédé selon l'une des revendications précédentes carac- térisé en ce que le calculateur ou l'automate est présent dans l'ins- tallation comprenant un four et en ce qu'il est également prévu pour régler les autres fonctions de l'installation. 9) Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il possède un cal- culateur ou un automate industriel programmable directement cablé sur les blocs de thyristors. ) Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il possède un système de lecture de la d.d.p. du réseau présent à son alimentation.