Brevet FR2612308A1 — publié le 19880916

Systeme de régulation de processus industriel L'invention concerne un système de régulation de processus industriel. Four faire une régulation de ce type. il est connu de définir un paramètre, de suivre son évolution en fonction du temps au moyen d'un capteur, de comparer la valeur du paramètre à une valeur de consigne et d'envoyer des ordres å des actionneurs pour réguler la valeur du paramètre. Ces opérations sont en général effectuées par un automate. Un but de l'invention est de proposer un système de régulation particulièrement fiable et accessible, qui regroupe un grand nombre de potentialités et soit susceptible de travailler sur plusieurs paramètres simultanément. L'invention a pour objet un système de régulation de processus industriel, du type dans lequel des capteurs mesurent des paramètres, des actionneurs commandent des opérations, et une carte électronique définit les ordres à donner aux actionneurs en fonction des mesures fournies par les capteurs, caractérisé en ce que les liaisons entre la carte électronique et les capteurs et actionneurs sont assurées par couplage opto-électronique afin d'isoler électriquement la carte. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la carte électronique comportant une unité centrale , des mémoires et des périphériques , le groupe des mémoires d'une part, et le groupe des périphériques d'autre part, sont séparés chacun de l'unité centrale par un décodeur - la carte comporte un périphérique de liaison avec un ordinateur extérieur - la carte comporte un périphérique de liaison avec une imprimante - la carte comporte un péripherique de liaison avec un clavier D'autres caractéristiques ressortent de la description qui suit faite avec réference au- dessin annexé sur lequel on peut voir Figure 1 : un schéma de principe de la carte électronique utilisée dans le système de régulation d'un processus industriel, selon l'invention Figure 2 : un schéma du principe de fonctionnement de la carte électronique de la figure 1; Figure 3 : un diagramme représentatif des courbes théoriques de température et d'humidité dans un séchoir & tabac en feuilles Figure 4 : un schéma de la carte électronique de la figure 1 montrant les sous-ensembles utilisés pour la régulation d'un processus industriel de séchage du tabac en feuilles correspondant au diagramme de la figure 3. En se reportant à la figure 1, on voit que la carte électronique selon l'invention se compose essentiellement des sous-ensembles suivants - une alimentation 1. La tension extérieure continue d'entrée de la carte peut être comprise entre 9 et 21 V environ. Un régulateur transforme cette tension d'entrée en une tension d'alimentation de 5 V. Un filtre assure une stabilisation et une protection de la carte contre les parasites. - une horloge 2. Cette horloge, dont la fréquence est de 4 MHz, sert essentiellement à synchroniser entre eux les différents sous-ensembles de la carte. - un circuit 3 de commande prioritaire. Ce circuit permet d'adresser à l'unité centrale 4 un signal d'interruption du fonctionnement normal du système de régulation d'un processus industriel selon l'invention, pour effectuer une opération prioritaire. - une unité centrale de traitement 4. Cette unité centrale effectue les opérations de traitement, de calcul et de tri a une fréquence de 4 MHz. Elle peut traiter plus d'un million d'instructions par seconde. - un circuit 5 de mise en haute impédance des bus. Ce circuit permet, lorsque l'unité centrale n'est pas en conversation, de mettre les bus en haute impédance de sorte que les sous-ensembles soient considérés comme électriquement inexistants. - un connecteur de sortie 6. Ce connecteur, à barrette sécable par exemple, permet un raccordement en vue d'extensions possibles de la carte. - un décodeur 7 des zones de mémoires. Ce décodeur est un circuit d cavaliers qui permet de définir à volonté les zones de mémoire - un décodeur 8 des périphériques. Dans ce décodeur, les adresses des périphériques sont prédéterminées. - un décodeur 9 d'affichage. Ce décodeur contrôle un afficheur 1, du type à cristaux liquides par exemple, susceptible d'afficher des textes et des valeurs de paramètres. Dans un exemple particulier de réalisation, il permet d'afficher Jusqu'à se caractères. - et des périphériques 21 å 29 qui sont capables de travailler seuls, sans recevoir d'ordre particulier de l'unité centrale, et qui sont également capables de travailler en conversation avec l'unité centrale. Ces périphériques sont optionnels, en fonction du processus industriel dont le système assure la régulation. Le périphérique 21 présente 8 entrées/sorties numériques, configurables à volonté par l'utilisateur. Le périphérique 22 comporte 8 sorties numériques å maintien de l'information (bufferisées > . Le périphérique 23 présente 8 entrées optocouplées permettant de faire des acquisitions par tout ou rien. Le périphérique 24 permet de donner l'heure et la date sous forme perpétuelle, même en l'absence d'alimentation extérieure du système : il est couplé au sous-ensemble 3 qui comporte une base de temps et un accumulateur de sauvegarde. Le périphérique 25 assure le comptage d'informations. Il comporte 3 entrées opto-couplees permettant de compter des impulsions proportionnelles à une grandeur quelconque, c'est-a-dire aux paramètres de régulation du système. Sa fréquence maximale d'acquisition est de 4 XHz. Le périphérique 26 comporte 4 sorties opto-couplées permettant la commande d'actionneurs extérieurs, sans liaison électrique. Le périphérique 27 est un périphérique de liaison permettant de converser avec un matériel informatique extérieur tel qu'un ordinateur 31, en vue d'effectuer des traitements ou de modifier les parametres d'un système faire. Le périphérique 28 permet la commande d'une imprimante 32 en vue de lister les paramètres, les acquisitions de données ou les résultats de mesure, sur papier. Le périphérique 29 permet le couplage à un clavier 33, par exemple à 64 touches auxquelles on peut attribuer des fonctions prédéterminées. Toutes les liaisons représentées en hachures sur la fiugre 1 sont assurées par des bus. Le principe de fonctionnement de la carte électronique de la figure 1 est décrit ci-dessous avec référence à la figure 2. Au moyen du clavier 33, on fournit à l'unité centrale 4 les valeurs de consigne des paramètres analysés dans le processus industriel dont le système assure la régulation. Ces valeurs sont d'une part affichées par l'afficheur 1 au cours de leur saisie, d'autre part mises en mémoire dans la mémoire 11 par exemple. A chaque paramètre analysé correspond un capteur ou une sonde 34. Ce capteur 34 mesure en permanence le paramètre correspondant et son signal analogique de sortie est transformé en signal numérique par un convertisseur tension-fréquence 35. Entre ce convertisseur 35 et le périphérique 25 est prévu un couplage opto-électronique de façon à éviter toute liaison électrique directe susceptible de transmettre des parasites. Le périphérique 25 transmet à l'unité centrale le nombre résultant du comptage d'impulsions qu'il a effectué. L'unité centrale 4 compare ce nombre à la valeur mise dans la mémoire 11. En fonction du résultat de cette comparaison, l'unité centrale 4 adresse au périphérique de sortie 26 par exemple un ordre sous forme numérique. Le périphérique 26 est relie par couplage opto-électronique à un convertisseur fréquence-tension 36, afin d'isoler électriquement la carte et le circuit de puissance qui va exécuter les ordres de l'unité centrale. Le convertisseur 36 délivre un signal de puissance qui va commander les actionneurs 37 concernés. Le système de régulation de processus industriel selon l'invention peut travailler de trois manières différentes. - si l'action commandée doit avoir une grande intertie, le système peut suivre jusqu'a 3 paramètres par seconde et assure la régulation correspondante - si l'action commandée doit avoir une très faible inertie, le système peut alors suivre jusqu'à 3 paramètres par seconde; - enfin, il est possible de suivre plusieurs paramètres avec des fréquences différentes. On peut par exemple suivre 4 paramètres T, H, V, E, sur plusieurs secondes avec entrelacement des mesures. On peut ainsi prévoir : une mesure de T avec une fréquence de récurrence de 1/2, une mesure de H avec une fréquence de récurrence de 1/4, une mesure de V avec une fréquence de récurrence de 1/8, une mesure de E avec une fréquence de récurrence de 1/8. Dans ce cas, la séquence des mesures de ces 4 paramètres est la suivante T H T V T H T E Cette manière de procéder permet de jouer sur la qualité de la régulation du processus industriel. En règle générale, chaque actionneur tel que 37 reçoit une information de commande par seconde. Avantageusement, le système peut recevoir une mémoire avec pile incorporée, et on peut alors programmer l'envoi sur l'imprimante des paramètres avec la date et l'heure de chaque opération, de façon a pouvoir contrôler a posteriori le déroulement du processus industriel. Dans l'exemple particulier du séchage du tabac en feuilles, le processus industriel est relativement simple : il y a deux paramètres essentiels, la température T et le taux d'humidité relative H. Une séquence de séchage s'étale théoriquement sur 6 jours, soit 144 heures, avec des étapes de 24 heures chacune. En supposant que lesdonnées de départ soient T = 3-C et H = 85 %, le schéma de déroulement du processus de séchage du tabac en feuilles est représenté sur la figure 3. Au cours de la première étape, la température T doit monter régulièrement de 3 à 36-C et le taux d'humidité relative H doit rester constant à 85%. Au cours de la deuxième étape, T doit rester constante à 36-C et H doit diminuer régulièrement de 85% a 7%. Au cours de la troisième étape, T doit monter régulièrement de 36-C à 54 C, et H doit diminuer régulièrement de 7% à 4%. Au cours de la quatrième etape, T doit rester constante a 54 C, et H doit rester constant à 4%. Au cours de la cinquième étape, T doit monter régulièrement de 54 C à 72-C, et H doit diminuer régulièrement de ex à 2%. Au cours de la sixième étape, T doit rester constante à 72-C. et H doit rester constant à 20%. On retrouve sur la figure 4 le méme schéma que sur la figure 1, mais seuls portent une référence les sous-ensembles utilisés dans le cadre de la réguiatio du processus industriel de séchage du tabac. La carte électronique est avantageusement réalisée sur un support de circuit imprimé à 4 couches comprenant : deux couches extérieures a pistes bus de connexion horizontales sur l'une et verticales sur l'autre, une couche intérieure d'alimentation sous 5 V de tous les sous-ensembles, et une couche intérieure correspondant a la masse au potentiel zéro de référence. L'ensemble de mémoire , de 64 K octets par exemple, configurable å volonté par cavaliers, est conçu pour travailler en milieu industriel. La carte est prévue pour fonctionner à des températures allant de -C à 6'C, et à des taux d'humidité relative allant de 2% à 95 %. Elle est reliée d'une part à une serie de capteurs, d'autre part a une série d'actionneurs, mais ces liaisons sont à couplage opto-électronique, ce qui lui donne une grande immunité aux parasites. Chaque liaison opto-électronique peut etre constituée d'une diode électro-luminescente et d'un photo-transistor, éventuellement séparés par une fibre optique courte, l'ensemble étant noyé dans un boîtier opaque. Par ailleurs elle peut être couplée à plusieurs écrans d'affichage et peut afficher par exemple : pour plusieurs paramètres (température et taux d'humidité relative par exemple > , la valeur de consigne et la valeur mesurée ; pour l'étape de processus industriel en cours, le numéro, la durée, la date et l'heure, le temps restant a courir dans l'étape, la date et l'heure de fin de l'étape. La carte électronique selon l'invention est sous le contrôle d'un logiciel de base, contenu dans une mémoire programmable de type EPROM, et qui assure les fonctions suivantes : initialisation de la carte, gestion de la liaison à l'ordinateur extérieur 31, gestion de la liaison à l'imprimante 32, gestion de la liaison au clavier 33, gestion de l'afficheur le, gestion des entrées et sorties et des compteurs du périphérique 25 ; et qui comporte de nombreux sousprogrammes. Ce logiciel permet de découper un processus industriel en 99 étapes au maximum. Chaque etape peut avoir une durée comprise entre 1 mn et 99 H 59 mn. Le début de la première étape peut être différé de e à 24 H, ou bien peut etre déclenché lorsqu'un paramètre passe par une valeur prédéterminée (une température donnée par exemple). Au cours d'une étape du processus, on peut imposer des variations h plusieurs paramètres simultanément. Ces variations peuvent etre des augmentations ou des diminutions. On peut aussi maintenir constant un paramètre. La gamme des valeurs des paramètres et la précision de la régulation sont programmables. A titre d'exemple, on peut réguler une température entre -C et 99,9 C , au dixième de degré prés ; et un taux d'humidité relative entre le% et 9%, au dixième de pour cent près. Enfin, on peut prévoir qu'après un nombre d'étapes défini, le système recommence, de manière cyclique, à la première retape. Comme exemples d'utilisation du système de régulation selon l'invention , on peut mentionner : les séchoirs à tabac, b fruits, à grains , les salles climatisées , les installations de préparation de produits alimentaires, les installations de chauffage, les salles d'ordinateurs, ou le matériel informatique lui-meme. Revendications 1. Système de régulation de processus industriel, du type dans lequel des capteurs mesurent des paramètres, des actionneurs commandent des opérations, et une carte électronique définit les ordres à donner aux actionneurs en fonction des mesures fournies par les capteurs, caractérisé ence que les liaisons entre la carte électronique et les capteurs et actionneurs sont assurées par couplage optoélectronique afin d'isoler électriquement la carte. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la carte électronique comportant une unité centrale (4), des mémoires 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la carte comporte un périphérique (27) de liaison avec un ordinateur extérieur (31). 4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la carte comporte un périphérique (28) de liaison avec une imprimante (32). 5. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la carte comporte un périphérique (29) de liaison avec un clavier (33).