Brevet FR2674701A1 — publié le 19921002

La présente invention se rapporte à un dispositif éLectronique de sécurité tout particulierement destiné aux installations pour l'ouvertu- re et la fermeture des portails à commande électrique, avec au moins un moteur d'actionnement par vantail. La figure 1 jointe représente un portail à commande électrique d'un modèle courant. Le portail représenté comporte deux vantaux 1, 2 qui sont fixés par leurs gonds aux deux piliers respectifs 3, 4. Chaque vantail est mû par un moteur électrique respectif 5, 6 qu'on a supposé être fixé sur le pi lier correspondant 3, 4, mais qui peut aussi bien être monté sur Ledit vantail. Un embiellage 7, 8 relie chaque arbre-moteur au vantail qu'il doit actionner soit en manoeuvre d'ouverture, soit en manoeuvre de fermeture. Les moteurs électriques 5, 6 sont, bien entendu, des moteurs à deux sens de rotation. Ce sont généralement des moteurs asynchrones monophasés bipolaires à deux sens de marche, mais d'autres types de moteurs électriques, voire même des moteurs à courant continu, sont utilisables. Un automatisme 9 de commande d'ouverture et de fermeture est prévu, et installé par exemple sur le pi lier 3, comme représenté. La commande manuelLe proprement dite peut être effectuée par bouton-poussoir ou par tout autre contact sec. Elle peut aussi être effectuée, comme représenté en fig. 1, par un boîtier manuel 10 de télécommande par ondes radioélectriques ou autres. En cas de coincement accidentel d'un des vantaux en cours d'ouverture ou de fermeture, il est souhaitable de prévoir un dispositif de sécurité apte à stopper immédiatement L'action du moteur électrique correspondant. Il peut naturellement être prévu dans ce but soit des systèmes mécaniques, tels que des systèmes à friction qui débrayent ou font patiner la transmission en cas de surcharge mécanique du moteur, soit des systèmes à disjoncteur électrique qui coupent l'alimentation électrique du moteur quand le courant-moteur qui le traverse dépasse un seuil déterminé consécutif à une surcharge. Tous ces dispositifs connus ont pour inconvénient d'être sensibles à une surcharge quelle qu'elle soit, de sorte qu'il est par exemple alors impossible d'ouvrir le portail par fort vent latéral. L'effort dû au vent étant progressif, car fonction de l'angle d'ouverture, le vantail commencera alors normalement sa manoeuvre d'ouverture, mais celle ci s'arrêtera définitivement lorsque La surcharge due au vent dépassera le seuil, mécanique ou électrique, fixé par le système de sécurité. L'invention vise à remédier à cet inconvénient, et donc à permettre L'ouverture sécurisée du portail malgré une surcharge progressive, tout en entraînant L'arrêt instantané dans des conditions accidentelles de brusque surcharge, par exempLe et surtout en cas de coincement de ce portail. Elle se rapporte à cet effet à un dispositif électronique de sécurité tout particulièrement destiné aux instalLations d'ouverture et de fermeture des portails à commande électrique, avec au moins un moteur électrique d'actionnement par vantail. Ce dispositif, propre à réagir à une brusque surcharge en vue d'assurer L'arrêt instantané sur obstacle, comporte à cet effet - des premiers moyens d'établissement d'une tension continue sensiblement proportionnelle au courant électrique du moteur ;; - des seconds moyens pour appliquer cette tension continue sur les deux entrées d'un comparateur différentiel à amplificateur opérationnel, cette tension étant appliquée d'une part sur L'entrée noninverseuse (+) de ce comparateur via un atténuateur sans retard, par exemple un diviseur potentiomètrique, apte à légèrement réduire son amplitude, et d'autre part sur L'entrée inverseuse (-) de ce comparateur via un circuit de retard "RC" à condensateur et résistance de charge dont le condensateur est placé dans la branche reliant cette entrée inverseuse (-) à la masse ; de sorte que La sortie de ce comparateur reste à L'état "zéro" tant que, en L'absence de brusque surcharge du moteur, ladite tension continue reste constante ou varie de manière suffisamment lente pour que la tension présente sur L'entrée non-inverseuse (+) reste inférieure, malgré ces variations relativement lentes, à celle présente sur L'entrée inverseuse (-), mais bascule a contrario à L'état "un" lorsque, en cas de variation brusque de cette tension continue due à une brusque surcharge, il apparait, compte-tenu du retard prohibitif dû au temps de charge dudit condensateur, l'apparition brusque, sur L'entrée non-inverseuse (+), d'une tension momentanément supérieure à celle existant sur L'entrée inverseuse (-) ;; - des troisièmes moyens étant prévus pour que le signal de basculement à L'état "un" de la sortie du comparateur entraîne alors, par commande électrique, L'arrêt immédiat de ce moteur. L'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, Lors de la description suivante d'un exemple préférentiel, mais non limitatif, de réalisation en référence au dessin schématique annexé dans lequel - Figure 2 est un schéma synoptique de principe de L'ensemble de commande-moteur ; et - Figure 3 est un schéma un peu plus détaillé du dispositif de sécurité inclus dans cet ensemble de commande. En figure 2 est désigné par la référence 11 un automate d'ouverture et de fermeture qui est alimenté en tension alternative monophasée 220 volts entre fils de phase 12 et neutre 13, et qui reçoit la commande manuelle extérieure d'ouverture/fermeture au moyen d'une antenne 14 de réception des ondes radioélectriques émanant du boîtier 10 (figure 1). Le moteur 15 proprement dit est un moteur asynchrone monophasé bipolaire à deux sens de marche, d'un modèle très courant. Son stator comporte classiquement deux enroulements 16, 17, réunis au point 18 de sortie d'alimentation moteur qui est normalement relié au fil de neutre 13 de l'alimentation en tension monophasée, et dont les deux autres bornes respectives 19, 20, entre lesquelles est classiquement branché un condensateur 21 de forte capacité, sont via un dispositif de commutation interne à L'automate 11, soit la première 19 reliée au fil de phase 12 et L'autre 20 non reliée, pour un premier sens de rotation du moteur, soit vice-versa pour l'autre sens de rotation de ce moteur. Classiquement , un contact 22 commandé par l'automate 11 permet, au démarrage, de brancher un condensateur "de démarrage" 23 de forte capacité en parallèle sur le condensateur 21. Conformément à l'invention, un capteur de courant-moteur 24 est branché en série avec le moteur 15, entre sa borne de sortie 18 et le fil de neutre 13, et donc sur le fil 25 qui les relie. Ce capteur de courant délivre sur sa sortie 26 une tension alternative de mesure V1 qui est appliquée à un détecteur de crête 27 transformant cette tension V1 en une tension continue V2 d'amplitude sensiblement proportionnelle à celle du courant-moteur. Cette tension V2 présente sur le fil de sortie 28 du détecteur de crête est simultanément appliquée sur les entrées 29, 30 d'un comparateur différentiel à amplificateur opérationnel 31 et pLus précisément - à L'entrée 29 "non-inverseuse" (+) de ce comparateur via un diviseur potentiométrique 32 de très faible rapport de division (par exemple de l'ordre de un-centième) ; - à L'entrée 30 "inverseuse" (-) via un circuit de retard 33 de type "RC" à forte capacité et résistance de charge ajustable. En régime permanent (courant-moteur sensiblement constant), la ten sion continue présente sur la borne 29 est légèrement inférieure à la tension V2 qui, quant-à-elle, se retrouve intégralement sur la borne 30. Dans ces conditions, la sortie 31a du comparateur 31 est à L'état "zéro". il en est de même pour les variations de charge du moteur, donc de la tension de mesure V2, qui sont suffisamment lentes pour que la borne 30 puisse, en dépit du circuit à retard 33, "suivre" ces variations sans jamais dépasser la tension instantanée et instantanément appliquée sur la borne 29 : tel est par exemple le cas en cas d'effort d'ouverture très progressif dû à un fort vent latéral. En cas de brusque surcharge du moteur en revanche, par exemple en cas de coincement de la porte, le courant-moteur et donc la tension V2 augmentent brusquement. Ce "pic" de tension est appliqué quasi-instannément (aux capacités parasites près) sur la borne (+) 29, tandis qu'il est appliqué avec un retard T dû au circuit "RC" 33 sur la borne (-) 30. La tension sur la borne 29 dépasse donc instantanément et provisoirement celle encore présente sur le borne 30, de sorte que la sortie 31a du comparateur 31 bascule à L'état "un", cette variation de niveau 63 étant transmise, via le fil 31b, à un circuit électronique de commande 34 qui transmet alors, via une liaison de "commande moteur" 35, un signal de commande d'arrêt du moteur à L'automate 11. Approximativement au bout du temps T nécessaire à la charge du condensateur du circuit 33, la tension au point 30 vient à nouveau dépasser celle présente au point 29, de sorte que la sortie 31a bascule à nouveau à l'état "zéro". La description du fonctionnement qui vient dtêtre donnée n'est qu'une description générale de principe. L'invention intègre d'autres caractéristiques, aptes en particulier à permettre le démarrage du moteur sans déclenchement de la sécurité-surcharge, ainsi qu'à s'affranchir du temps T précité, qui peut dans certaines conditions être suffisamment élevé pour être dommageable à la remise en route du moteur après un arrêt pour surcharge brusque. Ces autres caractéristiques seront maintenant décrites en référence à la figure 3 qui est un schéma plus détaillé de ce dispositif de sécurité. En se reportant à cette figure 3, le capteur de courant précité 24 comporte classiquement une résistance de mesure 36 de très faible valeur (par exemple 0,22 ohms) qui est insérée sur le fil 25 et un transformateur-élévateur 37 dont l'enroulement primaire 38 est branché en parallèle sur cette résistance 36, et dont l'enroulement secondaire 39 débite sur un potentiomètre 40 qui permet d'obtenir, via un condensateur de liaison 41, une tension alternative V1 d'amplitude ajustée et proportionnelleau courant-moteur qui circule dans le fil 25. Afin de transformer cette tension alternative V1 en une tension continue utilisable V2, il est prévu un circuit de détection-crête 27 composé d'un détecteur de crête 42 suivi d'un adaptateur d'impédance 43. Le détecteur de crête 42 est un circuit classique, non représenté, à amplificateur opérationnel composé d'un circuit actif à diode sans seuil, avec gain et filtrage, suivi d'un circuit passif redresseur à diode en série et condensateur/résistance parallèles. L'adaptateur d'impédance 43 est un circuit-suiveur classique à amplificateur opérationnel qui délivre un signal V2 à basse impédance sans décharger le condensateur de L'étage précédent. L'amplificateur différentiel 31 est alimenté entre le pôle positif de la tension continue Vcc (égale par exemple à +15 volts) et la masse. Cette tension Vcc est fournie à l'ensemble des circuits actifs de la platine représentée en figure 2, et est élaborée par l'automate 11. Le circuit 32 précité est composé d'une résistance d'entrée série 44 de par exemple 10 kilohms, et d'une résistance parallèle 45 de par exemple un Mégohms qui relie la borne (+) 29 à la masse : le rapport d'attenution- ainsi obtenu est alors de un centième environ. Le circuit à retard capacitif 33 comporte une résistance d'entrée série 46, de 10 kilohms par exemple, et une branche parallèle reliant la borne (-) 30 à la masse et comportant un condensateur 47 de forte capacité suivi d'une résistance potentiométrique 48 réglable entre 0 et 220 kilohms par exemple. La résistance variable 48 permet un réglage de sensibilité. Sa valeur nulle donne au dispositif sa sensibilité maximale (très petit effort pour arrêter le moteur), tandis que sa valeur maximale donne la sensibilité minimale, ce qui se comprend aisément du fait que le comparateur 31 aura tendance à "suivre", c'est-à-dire à ne pas basculer pour de lentes variations du courant-moteur, d'autant mieux que la résistance de charge du condensateur 47 est élevée. A noter que la sensibilité du montage pourrait aussi être réglée à L'aide d'une résistance-série 46 qui serait rendue réglable. Cette solution présente néanmoins l'inconvénient d'avoir un réglage non référencé, alors que la première permet d'avoir un point du potentiomètre de réglage 48 relié à La masse, ce qui permet de la "sortir" du boîtier 9 sans problèmes. De manière très classique, l'automate 11 fournit, en réponse à un signal de mise en route émanant du boîtier manuel 10 (figure 1), un niveau logique continu égal à "un" (c'est-à-dire : +15 volts) pendant une durée déterminée TMM. Classiquement, ce niveau est directement transmis aux éléments de puissance, du genre triacs, qui permettent l'alimentation, temporisée selon TMM, du moteur. Pour le dispositif selon l'invention, ce niveau est transmis, par un fil 49 (voir en figures 2 et 3), au circuit électronique 34. Dans ce circuit 34, il est directement appliqué, via une liaison 50, sur l'entrée "set" S (mise à l'état "un") d'une bascule bistable 51. Une liaison 52 (figures 2 et 3) relie l'automate 11 au circuit 34 et permet, à la mise sous-tension, de remettre à zéro la bascule 51, par une impulsion fine de remise à zéro 53 qui est appliquée sur L'entrée "reset" R (remise à l'état "zéro") de la bascule 51. En l'absence de surcharge brusque accidentelle, la bascule 51, dont la sortie Q est commutée à l'état "un" par le front de montée du niveau "marche moteur", reste en cet état et commande, via la liaison 35 précitée, la rotation du moteur 15. A contrario, une surcharge brusque entraîne le basculement momentané du comparateur 31, et donc sur sa sortie 32 une impulsion 63 (voir figure 2) large, de durée T dépendant de la valeur de la résistance réglable 48. Pour une raison impérative qui sera expliquée ci-après, L'impulsion large au point 32 est transformée en une impulsion fine 54 qui correspond à son front de montée, au moyen d'un circuit très classique 55 à différenciateur par condensateur 56 et résistance 57, suivi d'une diode 58 de suppression de L'impulsion négative correspondant au front de descente. Cette impulsion fine 54 est appliquée, via un circuit "ET" 59, puis un circuit "OU" 60 qui est effectué avec le fil de remise à zéro 52, sur L'entrée de remise à zéro R de la bascule 51, ce qui remet à zéro le niveau de sa sortie Q et entraîne, via la liaison 35, l'arrêt immédiat du moteur. A noter qu'avantageusement la sortie Q est reliée au fil de commande 35 par l'intermédiaire d'une porte ET 61 qui reçoit également le niveau "marche moteur" appliqué sur le fil 50 : cette disposition préférentielle permet de s'affranchir des aléas de commutation. A noter également que l'arrêt du moteur en fin de fermeture ou d'ouverture du vantail est déclenché par le système de sécurité de l'in- vention qui détecte alors une brusque surcharge et remet alors à zéro, par une impulsion 54, la bascule 51. Cependant, la mise en route de ce type de moteur par fermture du relais 22 (figure 2) a pour fâcheuse conséquence d'entraîner une brusque pointe de courant pendant une durée inférieure à la seconde, et donc bien évidemment de faire alors basculer le comparateur 31 et par suite remettre à zéro la bascule 51 que le front de montée du niveau "marche moteur" venait de mettre à l'état "un". Dans de telles conditions, il est bien évident que le moteur ne peut pas démarrer. C'est pourquoi il est prévu d'inhiber la porte 59 précitée en appliquant à celle-ci le niveau "marche moteur" présent sur le fil 49 avec un retard T suffisant pour que le front de démarrage soit passé. il est en conséquence prévu un temporisateur 62 entre le fil 49 et la seconde entrée de la porte 59, dont te temps de retard t est réglé à par exemple une seconde. On comprend alors aisément L'utilité du circuit 55 : si l'impulsion de basculement 63 du comparateur 31, dont la durée T pourrait, en l'absence du circuit 55, largement dépasser celle de la temporisation t, était encore présente sur la première entrée de la porte 59 lorsque t se serait écoulé après un essai de remise en route, la bascule 51 serait remise à zéro, de sorte que finalement te moteur ne repartirait alors pas. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à L'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. C'est ainsi qu'elle est tout aussi bien applicable à un dispositif d'ouverture/fermeture utilisant un moteur à courant continu, moyennant bien entendu l'utilisation d'un autre type de capteur de courant et la suppression du détecteur de crête. On conçoit au surplus que si le dispositif de sécurité suivant l'invention se révèle particulièrement avantageux dans le cas des installations pour L'ouverture et la fermeture des portails à commande électrique, elle est néanmoins susceptible de trouver son application dans tout autre type d'installation de manoeuvre dans laquelle on désire assurer L'arrêt instantané sur obstacle d'un organe mobile. REVENDICATIONS 1. Dispositif électronique de sécurité, propre à réagir à une brusque surcharge pour assurer l'arrêt instantané sur obstacle, tout particulièrement destiné aux installations d'ouverture et de fermeture des portails à commande électrique, avec au moins un moteur électrique (15) par vantail, caractérisé en ce qu'il comporte :: - des premiers moyens (24, 27) d'établissement d'une tension continue (V2) sensiblement proportionnelle au courant électrique du moteur ; - des seconds moyens (32, 33) pour appliquer cette tension continue (V2) sur les deux entrées (29, 30) d'un comparateur différentiel (31) à amplificateur opérationnel, cette tension (V2) étant appliquée d'une part sur l'entrée non-inverseuse (+) de ce comparateur (31) via un atténuateur (32) sans retard substantiel, par exemple un diviseur potentiomètrique (44, 45), apte à légèrement réduire son amplitude, et d'autre part sur l'entrée inverseuse (-) de ce comparateur via un circuit de retard "RC" (33) à condensateur (47) et résistance de charge (46, 48) dont le condensateur (47) est placé dans la branche reliant cette entrée inverseuse (-) à la masse ; de sorte que la sortie (31a) de ce comparateur (31) reste à l'état "zéro" tant que, en l'absence de brusque surcharge du moteur, ladite tension continue (V2) reste constante ou varie de manière suffisamment lente pour que la tension présente sur l'entrée non-inverseuse (+) reste inférieure, malgré ces variations relativement Lentes, à celle présente sur l'entrée inverseuse (-), mais bascule a contrario à L'état "un" lorsque, en cas de variation brusque de cette tension continue (V2) due à une brusque surcharge, il apparaît, compte-tenu du retard prohibitif dû au temps de charge dudit condensateur, sur L'entrée non-inverseuse (+), une tension momentanément supérieure à celle existant sur L'entrée inverseuse (-) ;; - des troisièmes moyens (51, 35) étant prévus pour que le signal (63) de basculement à l'état "un" de la sortie (31a) du comparateur (31) entraîne alors, par commande électrique, L'arrêt immédiat de ce moteur (15). 2. Dispositif électronique de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des quatrièmes moyens (62, 59) pour inhiber son action pendant l'impulsion de démarrage du moteur (15). 3. Dispositif électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (55) pour limiter L'impulsion large (63) de basculement du comparateur (31) en cas de surcharge brusque, à une impulsion fine (54) de durée inférieure au temps d'inhibition (t) engendré par ces quatrièmes moyens (62, 59). 4. Dispositif électronique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une bascule bistable (51) dont la sortie (Q) commande L'état de marche ou d'arrêt du moteur, et qui est apte à être remise à zéro, et donc à arrêter le moteur, par l'impulsion (53) consécutive au basculement du comparateur (31). 5. Dispositif électronique selon la revendication 4, caractérisé en ce que L'entrée (S) de mise à "un" de la bascule (51) reçoit un niveau de "marche moteur" (49) élaboré par un automate de commande (11), et en ce que cette même entrée (S) et sa sortie (Q) sont appliquées respectivement aux deux entrées d'une porte "ET" (61) dont la sortie (35) fournit à cet automate (11) le signal de marche ou d'arrêt du moteur (15). 6. Dispositif électronique selon L'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que La résistance de charge (46, 48) du condensateur (47) dudit circuit de retard (33) est rendue réglable afin d'ajuster la sensibilité du dispositif. 7. Dispositif électronique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est prévu, en série avec ledit condensateur (47), une résistance réglable (48) qui relie une des bornes de ce condensateur à la masse.