Brevet FR2698857A1 — publié le 19940610

Dispositif et procédé pour commander un appareil de levage entraîné par câble La présente invention concerne un dispositif pour commander un appareil de levage entraîné par câble et comprenant au moins un tambour entraîné par moteur et apte à être freiné, et un élément d'attache pour des charges qui est relié au câble et qui décrit une course grâce à la rotation du tambour, notamment de façon reproductible périodiquement, étant précisé qu'il est prévu des dispositifs de mesure pour définir le poids et pour contrôler des positions sur la trajectoire, un dispositif pour l'enregistrement, le traitement et la mise en mémoire des valeurs de mesure et pour la commande, et des dispositifs de freinage L'invention concerne aussi un procédé pour la commande d'un appareil de levage entraîné par câble, notamment sur une tour de forage, selon lequel l'appareil de levage est entraîné par au moins un tambour entraîné par moteur et apte à être freiné, et la charge à soulever est déplacée au niveau d'un élément d'attache relié au câble. Avec les appareils de levage entraînés par câble, on utilise au moins un tambour entraîné par moteur Le câble passe souvent sur au moins une poulie de renvoi et/ou sur des palans, et à l'extrémité du câble se trouve un dispositif d'attache, dans le cas le plus simple, un crochet de grue. Souvent, les postes de réception et de dépôt de la charge qui doivent être approchés à l'aide du dispositif d'attache sur lequel se trouve la charge à soulever, sont complètement séparés dans l'espace du dispositif de commande prévu pour le tambour entraîné par moteur Il est donc extrêmement difficile, bien souvent, de commander avec précision des positions pour la charge le long de la trajectoire. Le dispositif et le procédé de la présente invention peuvent être mis en oeuvre en particulier avec des appareils de levage entraînés par câble tels qu'ils sont utilisés sur des dispositifs de forage, par exemple pour le pétrole ou le gaz naturel La rame composée de nombreux éléments tubulaires doit être assemblée ou démontée dans le forage si la rame doit par exemple être enlevée du trou de forage pour le changement du trépan, par exemple L'appareil de levage doit décrire pour cela un mouvement de va-et-vient périodique entre une position inférieure située dans la zone de la plate-farmne de forage, et une position supérieure située dans la zone de la plate-f orme de travail supérieure Souvent, dans les conditions rendues difficiles, pour un forage, par le travail en équipes et les conditions climatiques défavorables, les positions souhaitées ne sont pas approchées de façon suffisamment précise Un trop grand dépassement des positions peut entraîner des dégradations graves de la tour ou de la plate-forme de forage Il s'agit donc de commnander autant que possible les positions souhaitées sur la trajectoire de façon automatique, et de freiner de façon contrôlée le dispositif d'entraînement suffisamment tôt avant que les positions souhaitées ne soient atteintes. Dans l'état de la technique, on ne connaît pas de dispositif qui permette d'obtenir ce résultat La demande US- 4 616 321 décrit un dispositif d'observation pour une tour de forage avec lequel des dispositifs destinés à définir la profondeur de forage sont disposés au niveau de la poulie de la tour Il est également prévu un détecteur de poids au niveau du tambour entraîné par moteur, et un détecteur au- dessous de la poulie de la tour Grâce à ces dispositifs, un signal est émis lorsque la poulie mobile du palan arrive dans la zone de la poulie de la tour En raison du glissement permanent, le détecteur prévu sur celle-ci ne permet pas une commande précise des positions le long de la trajectoire De plus, la position d'approche inférieure située dans la zone de la plate-forme de forage ne peut pas être détectée Enfin, il manque un freinage déclenché de façon contrôlée. La présente invention a pour but d'indiquer un dispositif et un procédé pour commander un appareil de levage entraîné par câble, qui permettent une approche automatique sûre de positions souhaitées sur la trajectoire. Ce but est atteint, selon l'invention, grâce a un dispositif du type spécifié en introduction, qui se caractérise en ce que le dispositif de mesure prévu pour le contrôle des positions est disposé au niveau du tambour entraîné par moteur. D'une manière avantageuse, le dispositif de mesure prévu pour le contrôle des positions sur la trajectoire est conçu pour définir les rotations du tambour entraîné par moteur Il peut être conçu comme un indicateur de valeurs absolues Il est prévu, en plus de l'indicateur de valeurs absolues, au niveau du tambour, un indicateur de valeurs incrémentielles. D'une manière avantageuse, la présente invention prévoit que le dispositif prévu pour l'enregistrement des valeurs de mesure et pour la commande soit disposé de manière à agir sur le dispositif de freinage Des dispositifs sont prévus pour l'activation du dispositif de freinage par le dispositif prévu pour l'enregistrement et le traitement des valeurs de mesure et pour la commande. Le but fixé par l'invention est également atteint grâce à l'utilisation d'un dispositif décrit précédemment, qui se caractérise en ce que les valeurs de mesure sont enregistrées à l'aide du dispositif de mesure prévu pour le contrôle de positions sur la trajectoire, et à l'aide du dispositif pour l'enregistrement des valeurs de mesure et pour la commande, lesquelles valeurs correspondent à des positions souhaitées de l'élément d'attache aptes à être approchées périodiquement, et en ce que pour au moins deux vitesses de rotation du tambour entraîné par moteur, la course de freinage est définie et mise en mémoire grâce au déclenchement des dispositifs pour l'activation du dispositif de freinage et à l'enregistrement des valeurs de mesure du dispositif de mesure prévu pour le contrôle de positions sur la trajectoire, et les dispositifs pour l'activation du dispositif de freinage sont déclenchés avant que les positions souhaitées sur la trajectoire ne soient atteintes, avec une correction en avant de la course de freinage. Le but de l'invention est également atteint grâce à un procédé du type spécifié en introduction, qui se caractérise en ce que ce sont essentiellement la position de l'élément d'attache et le poids de la charge qui se trouve sur celui-ci qui sont enregistrés, la définition de la position de l'élément d'attache se fait au niveau du tambour entraîné par moteur, et un dispositif de freinage est activé lorsque des positions définies de l'élément d'attache sont atteintes. D'une manière avantageuse, les rotations du tambour entraîné par moteur sont mesurées à l'aide d'un indicateur de valeurs absolues Pour des positions souhaitées sur la trajectoire de l'élément d'attache, les valeurs de mesure correspondantes de l'indicateur de valeurs absolues sont mises en mémoire Pour au moins deux vitesses de rotation du tambour entraîné par moteur, la course de freinage est définie par le déclenchement du dispositif de freinage et l'enregistrement des rotations nécessaires jusqu'au freinage. Le procédé de l'invention prévoit enfin que la position de l'élément d'attache et la vitesse de rotation du tambour soient définies à partir de la valeur de mesure de l'indicateur de valeurs absolue et que la course de freinage correspondante soit définie à partir de celles-ci, et que le dispositif de freinage soit activé par l'intermédiaire du dispositif pour le traitement de valeurs de mesure et du dispositif pour l'activation du dispositif de freinage, avec une correction en avant de la course de freinage, de sorte que l'élément d'attache s'arrête aux positions souhaitées. Selon l'invention, un signal de mesure représentatif de la position de l'appareil de levage le long de la trajectoire est produit Au lieu de l'appareil de levage, on peut aussi prendre comme point de référence un autre dispositif disposé à l'extrémité de câble déplacée Il est également prévu d'enregistrer le poids au niveau de l'appareil de levage A partir du signal représentatif de la position de l'appareil de levage, qui est présent, pendant le déplacement de l'appareil de levage, à tout moment ou, si on utilise des signaux numériques, au moins suivant des intervalles de temps très courts, les positions souhaitées sont tout d'abord approchées successivement A chaque position, la valeur de mesure correspondante est mise en mémoire Puis la course de freinage est définie pour au moins deux vitesses de rotation du tambour entraîné, à l'aide d'essais de freinage le long de la trajectoire A partir des essais de freinage, le rapport entre la course de freinage et la vitesse de rotation du tambour entraîné par moteur est déterminé En marche, la position de l'élément d'attache, la vitesse de rotation du tambour entraîné par moteur et la course de freinage nécessaire sont alors connues à tout moment La course de freinage peut être corrigée en avant, en présence de vitesses de rotation variables, avant que les positions souhaitées ne soient atteintes A cet effet, le dispositif de freinage est activé suffisamment tôt avant que lesdites positions souhaitées ne soient atteintes, pour la marche automatique Etant donné que la course de freinage nécessaire avec la vitesse de rotation correspondante est connue, le freinage peut être commandé pour que l'élément d'attache s'arrête à la position souhaitée Dans la mesure o on utilise des dispositifs de freinage dépendants de la vitesse de rotation, comme par exemple des freins à courants de Foucault, des dispositifs de freinage supplémentaires, par exemple des freins à disques ou à tambour peuvent ensuite être activés Ces derniers peuvent être activés directement pour le freinage, en cas de défaillance du frein à courants de Foucault. Le dispositif et le procédé de la présente invention vont être décrits à l'aide de la figure annexée, en référence à un exemple de réalisation pour une installation de forage. Sur une tour de forage 1 à commande par câble, sur laquelle est prévu un élément d'attache 13, il s'agit d'approcher de positions souhaitées 11 et 12 La position 11 correspond à la plate-forme de travail supérieure La position 12 correspond à la distance nécessaire au-dessus de la plate-forme de forage Pour la commande de l'installation de forage, y compris du tambour 5 entraîné par moteur, il est prévu un dispositif de commande 2 comportant un levier de marche pour l'élévateur Un sélecteur de fonctions 3 permet d'effectuer les phases nécessaires du procédé, comme l'entrée des positions supérieure et inférieure, le mode automatique ou manuel, en liaison avec le dispositif prévu pour l'enregistrement, le traitement et la mise en mémoire de valeurs de mesure 4 Des moteurs 9 représentés avec des conduites de commande esquissées sont disposés au niveau du tambour entraîné par moteur Il est également prévu un dispositif de freinage 8 Le dispositif de freinage 8 se compose de préférence d'un frein à courants de Foucault, mais il peut aussi contenir d'autres freins, notamment mécaniques. Au niveau du tambour 5 sont disposés des capteurs de valeurs de mesure 6 et 7 grâce auxquels la rotation du tambour 5 est enregistrée Les capteurs 6 et 7 peuvent être disposés, comme il est représenté, au niveau d'une prise de l'axe du frein 8. Le dispositif prévu pour capter, traiter et enregistrer les valeurs de mesure 4 est relié à un dispositif 10 destiné à activer le dispositif de freinage 8. Pour la commande de l'appareil de levage entraîné par câble, formé du tambour 5 entraîné par moteur, d'une poulie de tour 14, de l'élément d'attache 13, représenté ici avec la poulie mobile du palan, en liaison avec un dispositif de mesure destiné à définir le poids et généralement monté au niveau du tambour 5, il est prévu un dispositif de mesure pour le contrôle de positions sur la trajectoire, ainsi qu'une unité de traitement de valeurs de mesure et de commande Chose surprenante, il s'est avéré que les dispositifs de mesure 6 et 7 prévus pour une approche contrôlée des positions souhaitées 11 et 12 devaient être disposés directement au niveau du tambour 5 entraîné par moteur. D'une manière avantageuse, les dispositifs de mesure 6 et 7 destinés au contrôle de positions 11 et 12 sur la trajectoire peuvent être conçus comme des éléments de mesure de rotations A cet effet, on utilise de préférence des indicateurs de valeurs absolues Il s'agit par exemple de potentiomètres qui permettent par exemple de mesurer jusqu'à 1024 rotations L'utilisation d'autres indicateurs de valeurs absolues comme par exemple des disques codés est également possible Pour des raisons de sécurité, un indicateur de valeurs incrémentielles 7 est prévu, de préférence, en plus de l'indicateur de valeurs absolues 6 Les signaux de mesure des deux capteurs de valeurs de mesure peuvent être comparés entre eux, par sécurité, et des mesures de sécurité supplémentaires peuvent être prises si les valeurs de mesure divergent. Lors du fonctionnement de la commande de l'invention, c'est essentiellement la position de l'élément d'attache 13 qui est enregistrée Le poids est également mesuré Lors du déplacement de l'élément d'attache 13 à l'aide du tambour 5 entraîné par moteur, le dispositif de freinage 8 est activé avec une correction en avant de la course de freinage nécessaire, lorsque des positions définies sont atteintes. Ces positions définies se trouvent à l'intérieur de la zone de travail formée par les positions 11 et 12 Elles sont sélectionnées automatiquement par la commande, en fonction de la vitesse de rotation du tambour, pour que, en présence de la vitesse de rotation correspondante, la position 11 ou 12 à approcher soit atteinte après activation du dispositif de freinage Les positions 11 et 12 sont tout d'abord approchées en mode manuel Les valeurs de mesure correspondantes de l'indicateur de valeurs de mesure 6 sont mises en mémoire dans le dispositif 4 Dès le déplacement d'une position à l'autre, deux vitesses de rotation du tambour 5 entraîné par moteur peuvent être réglées automatiquement par le dispositif 4, selon un mode préféré Le dispositif 4 active alors, dans ce programme, le déclenchement du dispositif de freinage à l'aide du dispositif 10 prévu pour l'activation du frein 8. Pour les deux vitesses de rotation sélectionnées, par exemple et 250 tr/min, la course de freinage nécessaire est mesurée grâce à l'enregistrement des rotations du tambour 5 dans le dispositif de traitement 4 La course de freinage est fonction, d'une manière non linéaire, de la vitesse de rotation Cette fonction est notamment parabolique, la montée de la parabole pouvant varier suivant la puissance de freinage Grâce aux essais de freinage, la courbe déterminante pour l'état actuel de l'installation est déterminée à partir du très grand nombre de paraboles possibles Etant donné que la parabole se déplace en direction des ordonnées lorsque le poids augmente, d'autres essais de freinage peuvent alors être effectués automatiquement Cela peut se faire par exemple à 20, 40, 60 et 80 % de la charge totale autorisée de l'élévateur On peut en outre prévoir de corriger à intervalles réguliers, en observant aussi chaque opération de freinage individuelle pendant la marche automatique, des variations de la course de freinage dues par exemple au vieillissement du frein. A partir de la course de freinage connue par l'intermédiaire de la valeur de mesure de l'indicateur de valeurs absolues 6 pour chaque vitesse de rotation, et de la position de l'élément d'attache 13, également connue à partir de la valeur de mesure de l'indicateur de valeurs absolues 6, le dispositif de freinage 8 peut être déclenché par le dispositif d'activation 10 grâce au dispositif de traitement de valeurs de mesure 4 dans lequel se trouvent ces valeurs. Etant donné que la course de freinage est corrigée en avant, l'élément d'attache 13 s'arrête aux positions souhaitées Il ou 12 Pour l'immobilisation des éléments d'attache 13 dans les positions 11 et 12, on peut prévoir des dispositifs de freinage supplémentaires qui peuvent aussi servir de freins de secours. L'indicateur de valeurs absolues est installé pour que les positions à approcher se trouvent toujours dans sa zone de travail Lors du changement du câble, par exemple lorsqu'il doit être coupé, ou lorsque le montage sur le palan passe par exemple de 5 à 10 enroulements, les positions 11 et 12 sont à nouveau approchées en une fois, et les nouvelles valeurs de mesure correspondantes de l'indicateur de valeurs absolues sont enregistrées D'une manière préférée, le re- calibrage de la course de freinage se fait alors automatiquement. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour commander un appareil de levage entraîné par câble et comprenant au moins un tambour entraîné par moteur et apte à être freiné, et un élément d'attache pour des charges qui est relié au câble et qui décrit une course grâce à la rotation du tambour, notamment de façon reproductible périodiquement, étant précisé qu'il est prévu des dispositifs de mesure pour définir le poids et pour contrôler des positions sur la trajectoire, un dispositif pour l'enregistrement, le traitement et la mise en mémoire des valeurs de mesure et pour la commande, et des dispositifs de freinage, caractérisé en ce que le dispositif de mesure ( 6, 7) prévu pour le contrôle des positions ( 11, 12) est disposé au niveau du tambour ( 5) entraîné par moteur. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de mesure ( 6, 7) prévu pour le contrôle des positions ( 11, 12) sur la trajectoire est conçu pour définir les rotations du tambour entraîné par moteur. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de mesure prévu pour définir les rotations du tambour entraîné par moteur est conçu comme un indicateur de valeurs absolues ( 6). 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu, en plus de l'indicateur de valeurs absolues ( 6), au niveau du tambour, un indicateur de valeurs incrémentielles ( 7). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif ( 4) prévu pour l'enregistrement des valeurs de mesure et pour la commande est disposé de manière à agir sur le dispositif de freinage ( 8). 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que des dispositifs ( 10) sont prévus pour l'activation du dispositif de freinage ( 8) par le dispositif ( 4) prévu pour l'enregistrement et le traitement des valeurs de mesure et pour la commande. 7 Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 pour la commande d'un appareil de levage entraîné par câble, sur une tour de forage ( 1), caractérisée en ce que les valeurs de mesure sont enregistrées à l'aide du dispositif de mesure ( 6, 7) prévu pour le contrôle de positions sur la trajectoire, et à l'aide du dispositif ( 4) pour l'enregistrement des valeurs de mesure et pour la commande, lesquelles valeurs correspondent à des positions souhaitées ( 11, 12) de l'élément d'attache aptes à être approchées périodiquement, et en ce que pour au moins deux vitesses de rotation du tambour ( 5) entraîné par moteur, la course de freinage est définie et mise en mémoire grâce au déclenchement des dispositifs ( 10) pour l'activation du dispositif de freinage et à l'enregistrement des valeurs de mesure du dispositif de mesure ( 6, 7) prévu pour le contrôle de positions sur la trajectoire, et les dispositifs ( 10) pour l'activation du dispositif de freinage sont déclenchés avant que les positions souhaitées ( 11, 12) sur la trajectoire ne soient atteintes, avec une correction en avant de la course de freinage. 8 Procédé pour la commande d'un appareil de levage entraîné par câble, notamment sur une tour de forage, selon lequel l'appareil de levage est entraîné par au moins un tambour entraîné par moteur et apte à être freiné, et la charge à soulever est déplacée au niveau d'un élément d'attache relié au câble, caractérisé en ce que ce sont essentiellement la position de l'élément d'attache et le poids de la charge qui se trouve sur celui-ci qui sont enregistrés, la définition de la position de l'élément d'attache se fait au niveau du tambour ( 5) entraîné par moteur, et un dispositif de freinage ( 8) est activé lorsque des positions définies de l'élément d'attache ( 13) sont atteintes. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les rotations du tambour ( 5) entraîné par moteur sont mesurées à l'aide d'un indicateur de valeurs absolues. il Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, pour des positions souhaitées ( 11, 12) sur la trajectoire de l'élément d'attache, les valeurs de mesure correspondantes de l'indicateur de valeurs absolues sont mises en mémoire. 11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que pour au moins deux vitesses de rotation du tambour ( 5) entraîné par moteur, la course de freinage est définie par le déclenchement du dispositif de freinage ( 8) et l'enregistrement ( 4) des rotations nécessaires jusqu'au freinage. 12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la position de l'élément d'attache ( 13) et la vitesse de rotation du tambour ( 5) sont définies à partir de la valeur de mesure de l'indicateur de valeurs absolue ( 6) et à partir de celles-ci est définie la course de freinage correspondante, et le dispositif de freinage ( 8) est activé par l'intermédiaire du dispositif pour le traitement de valeurs de mesure ( 4) et du dispositif pour l'activation ( 10) du dispositif de freinage, avec une correction en avant de la course de freinage, de sorte que l'élément d'attache s'arrête aux positions souhaitées ( 11, 12).