Brevet FR2634896A3 — publié le 19900202

FR 2634896 A3 19900202 FR 8810224 A 19880728 Prucide et dispositif de usure de la vitesse moyenne de rotation dans un intervalle de temps et application aux laminoirs La présente invention concerne un procédé et un dispositif de mesure de la vitesse moyenne de rotation dans un intervalle de temps. Plus prcisment la présente invention propose un procédé et un dispositif de mesure de la vitesse moyenne de rotation dans un intervalle de temps très court et avec une grande précision. En effet, il est souvent nécessaire de connaitre très rapidement et avec une grande précision la vitesse de rotation d'un organe tournant de manière à réagir rapidement sur les organes de régulation de le vitesse de l'organe tournant, en particulier lorsqu'une vitesse relativement stable est nécessaire dans un processus de fabricetion. Dans les méthodes actuelles de mesure de la vitesse moyenne de rotation d'un organe tournant dans un intervalle de temps, les événements de début et fin de l'intervalle de temps sont fournis par une minuterie et on relève le nombre de tours effectués par l'organe tournant dans cet intervalle de temps constant. Le nombre de tours effectués par l'organe tournant est en général mesure' en comptant le nombre de signaux émis par un générateur d'impulsions à chaque passage -devant un détecteur de marque d'une marque d'une roue codeuse solidaire de l'organe tournant et munie de marques régulièrement réparties.Si on désigne par N le nombre de signaux émis par le générateur d'impulsions dans l'intervalle de temps t exprimé en secondes et par N1 le nombre de marques de la roue codeuse, la vitesse de rotation moyenne V de l'organe tournant dans l'intervalle de temps t est donnée par la formule v = N/(N1 x t). La durée de la mesure est une constante dans ces méthodes et ceci est un inconvénient majeur lorsqu'il est nécessaire de calculer très rapidement et avec une grande précision la vitesse de rotation d'un organe tournant. En effet, lorsque la durée de la mesure est une constante, le nombre de signaux fourni par le générateur d'impulsions et comptés dans l'intervalle de temps est un nombre entier, alors que le nombre qui devrait entrer dans les calculs est compris entre le nombre relevé diminué de 1 et le nombre relevé augmenté de 1. L'erreur relative du calcul de la vitesse est inversement proportionnelle au nombre de signaux N compté. Pour obtenir une bonne précision, il faut augmenter N. Ceci peut être fait soit en augmentant la durée de la mesure, mais alors le temps de réaction s'allonge et ceci est mauvais dans certains cas, soit on augmente le nombre de marques N1 sur la roue codeuse, mais alors il se pose des problèmes techniques de fabrication entraînant un coût de revient exagéré et une fragilisation certaine du dispositif. De plus avec ces méthodes, la précision est d'autant plus faible que la vitesse de rotation de l'organe tournant est faible ; ceci est un inconvénient lorsque l'organe tournant doit fonctionner dans des plages de vitesse étendues. Le but de la présente invention est de proposer un procédé qui permette, d'une part, de mesurer avec une grande précision la vitesse d'un organe de rotation dans un intervalle de temps extrémement court de façon à pouvoir réagir plus rapidement sur les organes de régulation du système d'entraînement de l'organe tournant, et qui permette, d'autre part, de conserver cette précision relative quelle que soit la vitesse de rotation de l'organe tournant. Le but est atteint selon l'invention par le fait que le procédé proposé de mesure de la vitesse moyenne d'un organe tournant dans un intervalle de temps est caractérisé en ce qu'on mesure le temps écoulé pendant un nombre de tours prédéterminé de l'organe tournant. Plus précisément dans le procédé proposé on mesure le temps écoulé en comptant le nombre d'impulsions émises par un quartz (ou, plus généralement, une horloge) dans cet intervalle de temps. Si on désigne par N2 le nombre de tours entiers ou partiels effectué par l'organe tournant dans l'intervalle de temps, par F la fréquence du quartz et I le nombre d'impulsions émises par le quartz dans cet intervalle de temps, la vitesse moyenne V de rotation de l'organe tournant est obtenu par la formule V = N2 x F/I. L'erreur relative de la vitesse calculée est inversement proportionnelle au nombre d'impulsions I comptées. La fréquence des quartz étant élevée, on conçoit que l'on peut obtenir une très grande précision dans un intervalle très court. En considérant que la fréquence d'un quartz est couramment de 1MHz, on obtient une erreur relative de 1/1000 au bout de 1000 impulsions du quartz soit en 0,001 seconde. Pour obtenir la même précision avec le procédé de comptage des signaux émis par le générateur d'impulsions dans un intervalle de temps constant, il faut 0,2 seconde si la roue codeuse a 1000 marques et si l'organe tournant fait 5 tours par second;. De plus, l'erreur-relative-de la vitesse calculée est indépendante de la vitesse de rotation de l'organe tournant. Selon une particularité avantageuse de l'invention, on mesure le temps écoulé entre un premier signal et un 'signal ultérieur émis par un générateur d'impulsions associé à l'organe tournant. Plus précisément on calcule d'abord le temps minimum nécessaire pour obtenir la précision et donc lterreur relative maximale souhaitée et on détermine le signal ultérieur émis par le générateur d'impulsions à un moment tel que le temps écoulé est supérieur au temps minimum nécessaire. De cette manière, le nombre de tours ou fractions de tours de rotation de l'organe tournant est connu avec précision et le temps de la mesure étant supérieur au temps minimum nécessaire, on est certain de calculer la vitesse moyenne avec la précision souhaitée et dans un temps très court. Cette méthode présente plusieur avantages. Tout d'abord le temps de mesure nécessaire pour obtenir une précision donnée est beaucoup plus petit. Prenons, en effet, l'exemple d'un organe tournant à 50 tours par seconde muni d'un générateur d'impulsions fournissant 100 signaux par tour. Selon la méthode de comptage des signaux du générateur d'impulsion pendant un temps fixé, il faut pouvoir compter 1000 signaux pour obtenir une erreur relative de 1/1000, ce qui donne un temps de mesure de 0,2 seconde. Si la vitesse descend à 25 tours par seconde, l'erreur sera de 1/500, car le nombre de signaux compté pendant 0,2 seconde à 25 tours par seconde est seulement de 500. Avec la méthode proposée par l'invention, on obtiendra une erreur relative de 1/1000, avec un organe tournant à 50 tours par seconde muni d'un générateur d'impulsions fournissant 100 impulsions par tour de rotation, en 0,001 seconde avec une horloge ayant une fréquence de 1Mhz, le nombre de signaux émis par le générateur d'impulsions pendant ce temps étant de 5. Si la vitesse de rotation de l'organe tournant descend à 25 tours par seconde, il suffit de compter pendant le temps correspondant à trois signaux émis par le générateur d'impulsions, ce qui correspond à un temps de 0,0012 seconde et à une erreur relative de 1/1200. Cet exemple montre clairement que la méthode proposée permet, d'une part, de mesurer la vitesse de rotation d'un organe tournant, avec une précision donnée en un temps court et, d'autre part, de conserver cette précision quelle que soit la vitesse de rotation de l'organe tournant. Avec la méthode proposée par l'invention on peut utiliser des roues codeuses ou codeurs incrémentaux ayant un nombre relativement faible de marques régulièrement espacées sur la roue, qui sont donc peu fragiles, peu couteuses et plus fiables. La présente invention propose également un dispositif de calcul de la vitesse moyenne de rotation d'un organe tournant dans un intervalle de temps, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens pour déterminer le début et la fin de l'intervalle de temps pendant lequel l'organe de rotation exécute un nombre de tours prédéterminé, - des moyens de mesure du temps écoulé dans cet intervalle de temps et, - une unité de calcul de la vitesse moyenne de rotation dans cet intervalle de temps. Les moyens de mesure du temps écoulé comprennent un registre de comptage des impulsions émises par un quartz dans l'intervalle de tempos. Les moyens.pour déterminer l'intervalle de temps pendant lequel l'organe de rotation exécute un nombre de tours précis comprennent un générateur- d'impulsions associé à l'organe tournant, le début de l'intervalle de temps étant initialisé par un premier signal émis par le générateur d'impulsions, la fin de l'intervalle de temps étant initialisé par un signal ultérieur émis par le générateur d'impulsions, le nombre de tours de l'organe tournant étant proportionnel au nombre de signaux émis par le générateur d'impulsions dans cet intervalle de temps. De préférence, le nombre de signaux N émis par le générateur d'impulsions dans l'intervalle de temps est tel que le temps écoulé est supérieur à un temps minimum nécessaire pour obtenir le précision souhaitée. D'autres particularités et avantages du procédé et du dispositif conforme à l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins joints dans lesquels la figure 1 représente un diagramme du principe de calcul selon la méthode de l'invention, la figure 2 représente un schéma de principe du dispositif selon l'invention. Selon le mode de réalisation représenté sur les dessins, le dispositif de mesure 1 de la vitesse moyenne de rotation d'un organe tournant dans un intervalle de temps comprend une première entre digitale 2 destinée à recevoir les impulsions H d'un quartz 3 ayant une fréquence F et à alimenter un premier registre de comptage 4 des impulsions H émises par le quartz 3, une deuxième entrée 'digitale 5 destinée à recevoir les signaux G émis par un générateur d'impulsions 6 associé à l'organe tournant non représenté et à alimenter un deuxième - registre de comptage 7 des signaux émis par le générateur dtimpulsions, une unité de calcul programmable 8, et une sortie digitale 9 en série ou parallèle destinée à transmettre le résultat du calcul de la vitesse moyenne stocké dans un registre résultat 10 au système de régulation 11 de la vitesse de rotation de l'organe tournant ou au système de pilotage de l'installation ou à tout autre système extérieur. Le dispositif 1 peut également, mais ce n'est pas obligatoire, etre muni d'un dispositif 12 d'affichage analogique ou digital destine à afficher la dernière vitesse calculée et stockée dans le registre résultat 10. Sur la figure 1 sont représentés, en fonction du temps, les impulsions H émises par le quartz 3 et les signaux G fournis par le générateur d'impulsion 6. Les impulsions H sont regulièrement espacées en fonction du temps et les signaux G sont d'autant plus espacés que la vitesse de rotation de l'organe tournant est faible. Comme on le voit sur le dessin, dans un intervalle de temps donné, les impulsions H émises par le quartz 3 sont plus nombreuses que les signaux G émis par le générateur d'impulsions G. La méthode de la présente invention consiste au début d'un cycle de mesure, représenté par le temps t, à calculer le nombre minimum Im d'impulsions H du quartz 3 nécessaire pour obtenir la précision souhaitée. Ce nombre minimum est matérialisé sur la figure par l'intervalle AB, le point A ayant pour abscisse to et le point B ayant pour abscisse t2, et la durée du comptage des impulsions sera au moins égal à t2-to. Le comptage des signaux G émis par le générateur d'impulsions 6 et des impulsions H émises par le quartz 3 va commencer au moment précis tl de la réception du premier signal G1 émis par le générateur d'impulsions 6 après le moment to de départ de la mesure et va se poursuivre jusqu'à la réception d'un signal G3 fourni au moment t3 tel que l'intervalle de temps t3-tl qui sépare ces deux signaux G1 et G3 et matérialisé par la droite CD soit supérieur à l'intervalle de temps t2-to matérialisé par la droite AB et qui a été calculé au début du cycle de la mesure.Le nombre N de signaux G du générateur d'impulsions à prendre en compte dans les calculs de la vitesse de rotation de l'organe tournant est le nombre d'intervalles qui sépare les signaux G1 et G3, et le nombre I d'impulsions H du quartz à prendre en compte dans le calcul est égal au nombre d'impulsions émises par le quartz dans l'intervalle de temps t3-tl. Au moment t3 on connaft toutes les données nécessaires pour calculer la vitesse moyenne de l'organe tournant dans l'intervalle de temps t3-tl selon la formule : V = (N x F) / (N1 x I) dans laquelle N1 est le nombre de signaux émis par le générateur d'impulsions pour un tour de rotation de l'organe tournant. Lorsque la vitesse est calculée on peut reprendre le cycle précédant à partir d'un temps t'o légèrement supérieur à t3. L'unité de calcul programmable 8 est constituée de façon connue en soi, d'un organe de calcul, de mémoires vives et de mémoires mortes. Les mémoires mortes contiennent le logiciel de mesure ainsi que les registres de stockage des constantes de l'installation nécessaires au calcul : la fréquence de l'horloge F, le nombre de signaux N1 par tour de rotation de l'organe tournant et le précision du calcul souhaitée. Ces - informations sont nécessaires dans les mémoires mortes pour que le système puisse redémarrer correctement après une rupture de courant. I1 va de soi que les constantes ci-dessus mentionnées peuvent être remplacées pas des données différentes pour que le dispositif puisse s'adapter à différentes configurations. En particulier la précision du calcul, et par le fait même la fréquence des mesures, doit pouvoir être modifiée à volonté. On pourra notamment prévoir plusieurs fréquences d'horloge. Une fréquence élevée, par exemple lMHz, permettra d'obtenir une grande précision pour la mesure de grandes vitesses. D'autre part, une fréquence plus faible, par exemple lOkHz, pourra s' avérer suffisante pour sssurer la précision requise pour des vitesses faibles, et évitera la saturation des compteurs, qui risquerait de se produire dans ce cas du fait du comptage d'un nombre d'impulsions d'horloge trop grand. Pour pouvoir adapter lesdites constantes aux divers types de mesure, le dispositif de mesure 1 est muni d'une troisième entrée digitale 13 qui permet d'introduire dans un registre de constantes 14 les valeurs souhaitées. Cette troisième entrée digitale 13 est reliée soit à un clavier d'introduction de données soit de préférence à un ordinateur de pilotage 15 qui fournit les informations nécessaires lors du démarrage du dispositif de mesure ou à la demande. I1 va de soi que le dispositif 1 peut être muni d'une deuxième sortie 16 reliée à l'ordinateur de pilotage et destinée à indiquer à celui-ci l'état de bon ou de mauvais fonctionnement du dispositif. L'unité de calcul programmable 8 est programmée de telle manière qu'au premier signal issu du générateur d'impulsions d'un cycle de mesure il remet à zéro le premier registre de comptage 4 des impulsions H émises par le quartz 3 et le deuxième registre de comptage 7 des signaux G émis par le générateur d'impulsions 6 et il calcule le nombre minimum d'impulsions Im que doit émettre le quartz 3 pour obtenir la précision souhaitée avant de terminer le cycle de la mesure. A chaque signal suivant G émis par le générateur d'impulsions 6, il s'assure que le temps écoulé est supérieur au temps minimum, c'est-à-dire que le contenu I du registre de comptage 4 est supérieur au nombre minimum Im nécessaire. Si ce n'est pas le cas, il se met en attente de la réception du signal suivant G du générateur d'impulsions 6, sinon il relève le contenu des registres de comptage 4 et 7, effectue le calcul de la vitesse moyenne, et met à jour le registre de résultat 10. Le cycle de calcul se répète indéfiniment. Une application préférée de l'invention est la régulation des laminoirs. Dans les laminoirs, la majorité des organes tournants dont on doit connaître, commander ou surveiller la vitesse sont équipés de générateurs d'impulsions (à roue codeuse), utilisés notamment pour la régulation locale des cages. L'invention permet de tirer un meilleur parti de ces générateurs d'impulsions, sans les modifier, ce qui aurait pour conséquence de changer toute les régulations locales. En effet, l'invention, à partir des générateurs d'impulsions en place, permet de calculer les vitesses des organes tournant avec une précision augmentée, et donc de mieux maitriser le processus de laminage, par exemple par une supervision 'plus exacte de toutes les cages. REVENDICATIONS 1. Procédé de calcul de la vitesse moyenne de rotation d'un organe tournant dans un intervalle de temps caractérisé en ce qu'on mesure le temps écoulé pendant un nombre de tours prédéterminé de l'organe tournant. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure le temps écoulé en comptant le nombre (I) d'impulsions (H) émises par un quartz dans cet intervalle de temps. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on mesure le temps écoulé entre un premier signal (G1) et un signal ultérieur (G3) émis par un générateur d'impulsions (6) associé à l'organe tournant. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on calcule d'abord le temps minimum (t2-to) nécessaire pour obtenir la précision souhaitée, et en ce qu'on choisit le signal ultérieur (G3) émis par le générateur d'impulsions (6) à un moment (t3) tel que le temps écoulé (t3-tl) est supérieur au temps minimum nécessaire (t2-to). 5. Dispositif de calcul de la vitesse moyenne de rotation d'un organe tournant dans un intervalle de temps, caractérisé en ce qu il comprend - des moyens pour déterminer le début et la fin de l'intervalle de temps pendant lequel l'organe de rotation exécute un nombre de tours précis, - des moyens de mesure (4) du temps écoulé dans cet intervalle de temps et, - une unité de calcul (8) de la vitesse moyenne de rotation dans cet intervalle de temps. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de mesure du temps écoulé comprennent un registre de comptage (4) des impulsions émises par un quartz (3) dans l'intervalle de temps. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour déterminer l'intervalle de temps pendant lequel l'organe de rotation exécute un nombre de tours prédéterminé comprennent un générateur d'impulsions (6) associé à l'organe tournant, le début de l'intervalle de temps étant initialisé par un premier signal (G1) émis par le générateur d'impulsions, la fin de l'intervalle de temps étant initialisé par un signal ultérieur (G3) émis par le générateur d'impulsions, le nombre de tours de l'organe tournant étant proportionnel au nombre de signaux (N) émis par le générateur d'impulsions (6) dans cet intervalle de temps. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le nombre de signaux (N) émis par le générateur dtimpulsions (6) dans l'intervalle de temps est tel que le temps écoulé est supérieur à un temps minimum nécessaire pour obtenir la précision souhaitée. 9. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 à la régulation d'un laminoir.