Brevet FR2737770A1 — publié le 19970214

SYSTEME DE REGULATION DE LA VITESSE DES VENTILATEURS PROGRESSIFS POUR SALLES D'ELEVAGE. La présente invention concerne un dispositif équipé d'un nouveau principe de régulation de la vitesse des ventilateurs progressifs pour salles d'élevage. Ces ventilateurs sont utilisés par exemple dans les salles d'élevage porcin, pour forcer le renouvellement de l'air intérieur, tout en assurant des circuits d'air bien déterminés. Habituellement les ventilateurs utilisés, du type asynchrone glissant, sont alimentés par une tension variable par découpage de phase. Une même salle peut être ventilée par un ou plusieurs ventilateurs, montés en parallèle ou en cascade. Le montage en parallèle impose la même tension à tous les ventilateurs simultanément. Le montage en cascade utilise normalement deux ventilateurs. Le premier en solo lorsque la ventilation demande un faible débit. Le deuxième en parallèle avec le premier lorsque celui-ci ne suffit plus pour assurer la ventilation. La tension de sortie est diminuée lors de l'enclenchement du deuxième ventilateur, afin que le débit avec les deux ventilateurs soit identique à celui que l'on avait avant avec un seul ventilateur. Les systèmes de ventilation pour les bâtiments d'élevage se distinguent des autres, car les animaux ont besoin de sentir une vitesse d'air de plus en plus importante au fur et à mesure que le température monte. C'est pourquoi les régulateurs de ventilation qui leur sont destinés varient la vitesse du ou des ventilateurs entre un minimum lorsque la température est faible et un maximum lorsque la température est élevée. Ces systèmes une fois installés dans les élevages présentent parfois quelques inconvénients Une imprécision de la ventilation peut se produire, car le débit théorique du ventilateur peut être altéré par plusieurs raisons, par exemple : tirage entre les ventilateurs de salles différentes, vent soufflant face aux ventilateurs, fluctuations de la tension du secteur, encrassement des ventilateurs, etc ... Dès à-coups de ventilation dangereux pour les animaux peuvent se produire si la correction de la tension de sortie lors de l'enclenchement du deuxième ventilateur (en mode cascade) n'est pas gérée très précisément. Les animaux peuvent avoir la sensation de trop froid ou trop chaud, nuisible à leur croissance et survie, si le rapport entre la montée de la température et l'augmentation de la vitesse des ventilateurs n'est pas correct. Dans certains cas, lorsqu'il fait froid, la vitesse du ou des ventilateurs est tellement faible qu'elle n'entralne pas de mouvement d'air significatif dans la salle ou sont logés les animaux. Ceux -ci peuvent alors se trouver dans de l'air stagnant avec danger d'étouffement ou inconfort nuisible à leur croissance. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients, dans la mesure ou il est équipé d'un ensemble d'innovations qui garantissent la stabilité du débit, la précision de la continuité du débit à l'enclenchement du deuxième ventilateur, la courbe de rapport température/régime souhaité, et la gestion des circuits d'air. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente un système selon l'art intérieur. La figure 2 représente le fonctionnement par découpage de phase. La figure 3 représente l'invention équipée d'une entrée supplémentaire pour mesurer le régime actuel. La figure 4 représente les tables dont le dispositif est équipé afin de donner les rapports entre la température et le régime de sortie souhaité. La.figure 5 représente l'organigramme du programme du microprocesseur, sous une forme très simplifiée, ne mettant en évidence que les parties nous intéressant. La figure 6 représente le fonctionnement de la trappe d'entrée d'air, suivant la dépression mesurée. La figure 7 représente le fonctionnement cyclique utilisé parfois lorsque la température est faible afin de garder une vitesse minimum du ventilateur suffisante pour ventiler toute l'enceinte dans laquelle sont logés les animaux. En référence à la figure 1, les régulateurs de vitesse des ventilateurs pour bâtiment d'élevage selon l'art antérieur étaient basés autour d'une unité centrale avec microprocesseur (uC). L'unité centrale (uC) dialogue avec l'utilisateur par les interfaces clavier (Clav) et afficheur (Aff). Les valeurs saisies par l'utilisateur sur le clavier (Clav) sont interprétées par l'unité centrale (uC) et enregistrées dans la mémoire (Ram). Généralement il s'agit de consignes de fonctionnement. Certaines des valeurs enregistrées dans la mémoire (Ram) peuvent être affichées dans l'afficheur (Aff) après avoir été interprétées par l'unité centrale (uC). Généralement il s'agit des entrées, du résultat de calculs, ou de la valeur que l'utilisateur est en train de saisir. Par ailleurs l'unité centrale (uC) convertit en permanence les mesures présentes dans les entrées (el) à (en), et les enregistre dans la mémoire (Ram). Les sorties analogiques (Sal) à (San) et tout ou rien (stl) 100 à (stn) sont elles aussi validées par l'unité centrale suivant les mesures et les consignes enregistrées dans la mémoire (Ram). Prenant en compte les consignes et les mesures ainsi enregistrées dans la mémoire (Ram), l'unité centrale (uC) calcule le pourcentage de ventilation souhaité à chaque instant, et par la même la vitesse du ventilateur (V1 ) ou aes ventilateurs (V1) et (V2). L'interrupteur (SW1) sert à enclencher ou arrêter le deuxième ventilateur (V2) lors du fonctionnement en cascade. En référence à la figure 2, est montré le principe de variation de la tension selon le découpage de phase. Les signaux représentés sont identifiables sur la figure 1 Tension du secteur (Vsect), détection du passage à zéro du secteur (Vzs), signal de commande du triac (Vct) et tension de sortie (Vsort). Le signal de détection du passage à zéro du secteur (Vzs) permet au système de synchroniser le signal de commande du triac (Vct) avec les alternances du secteur (Vsect). La variation de la vitesse provient de la réduction de l'énergie envoyée vers le ventilateur (V1) à chaque alternance, représentée par la surface de la courbe (Vsort). Le microprocesseur calcule le temps de blocage (T1) à (T7) du triac, suivant les consignes et les mesures enregistrées dans la mémoire (Ram). Le temps de blocage à à (T7) est décompté à partir de l'arrivée de l'impulsion de passage à zéro du secteur (Vzs). Lorsque la temporisation (T1) à (T7) arrive à terme, le microprocesseur valide le signal (Vct) de déclenchement du triac. Ledit signal (Vct) est ramené à zéro lors du passage du secteur à zéro. La tension est appliquée au ventilateur (V1) seulement entre le moment ou le triac a été déclenché et jusqu'au passage à zéro du secteur. Les temporisations (T1) à (T7) dans l'art antérieur étudient calculées théoriquement linéairement ou à partir des tables de correction, sans contrôle permanent de bon fonctionnement. En référence à la figure 3 l'invention est montrée avec une de ses entrées utilisées comme contre réaction. Cette entrée (Ecr) peut recevoir un signal venant d'un système d'acquisition du régime réel de la ventilation. I1 peut s'agir d'un voltmètre mesurant la tension de sortie (Vsort) d'un compte tours mesurant la vitesse de rotation de l'hélice du ventilateur, d'un dépressiomètre mesurant la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du bâtiment, d'une sonde de mesure de vitesse d'air, etc ... Ces interfaces de mesure délivrent un signal présent dans l'entrée (Ecr), sous la forme d'une tension, d'une boucle de courant, d'un dialogue numérique, ou autre. Ce signal est lu par l'unité centrale (uC), afin qu'elle puisse connaltre le régime de fonctionnement réel. En référence à la figure 4 est montré un exemple de tableau de calcul du régime souhaité, suivant le pourcentage (1). Le pourcentage est proportionnel à la température, c'est pourquoi nous pouvons considérer ces tableaux comme donnant le rapport entre le régime souhaité en fonction de la montée de la température. Le régime souhaité peut être représenté en différentes unités suivant l'unité de contre réaction utilisée compte-tours (2) et (6), Voltmètre (3) et (7), dépressiomètre (4) et (8), Vitesse de l'air (5) et (9), etc ... Deux séries de valeurs sont disponibles pour chaque type de contre réaction. Elles sont utilisées pour les installations avec deux ventilateurs en cascade, et indiquent le régime souhaité à chaque pourcentage, suivant le nombre de ventilateurs en service. Par exemple, si contre reaction par compte tours et ventilation en cascade, le régime souhaité est lu dans la série (2) tant qu'un seul ventilateur est en service, puis sur la table (6) lorsque les deux ventilateurs s'enclenchent en parallèle. Leg valeurs intermédiaires entre les différentes lignes de ces tableaux sont extrapolées de forme linéaire. En référence à la figure 5, est montré l'organigramme simplifié du programme du microprocesseur contrôlant l'invention. Le calcul du pourcentage (10) correspond à une partie du calcul effectué selon l'art antérieure. Le retard du déclenchement du triac était ensuite calculé à partir du pourcentage obtenu, de forme linéaire. Exemple : un pourcentage de 0% donnait un retard fixe d'environ noms, 100% donnaient environ Oms de retard, entre 0% et 100% le retard était calculé de forme linéaire. Remarquons que 10 ms correspondent à la durée d'une demi alternance du secteur à 50 Hz. Le dispositif selon l'invention propose en plus l'entrée ae contre réaction et la table de régime souhaité présentées lors du descriptif des figures 3 et 4. Le système détermine le régime souhaité (11) en appliquant le pourcentage (10) à la table décrite dans la figure 4. Le régime souhaité ainsi calculé (11) est comparé (12) et (13) avec le régime réel. Si le régime souhaité est supérieur au régime réel (12), le'dispositif diminue le retard de l'impulsion de commande du triac (14). Celui-ci se déclenche plus tôt, laissant passer plus d'énergie vers le ventilateur afin d'augmenter la vitesse de celui-ci. Si le régime souhaité est inférieur au régime réel (12), le dispositif augmente le retard de l'impulsion de commande du triac (15). Celui-ci se déclenche plus tard, laissant passer moins d'énergie vers le ventilateur afin de diminuer la vitesse de celui-ci. Le dispositif peut aussi fonctionner sans la contre réaction (12) et (13) auquel cas le retard de l'impulsion de triac est déterminé suivant une table préétablie donnant le retard de l'impulsion du triac (T1) à (T7) suivant le régime souhaité (11). Dans les installations avec contre réaction comme décrit à la figure 3, le retard de l'impulsion de triac est flottant. C'est-à-dire qu'il est modifié en permanence pour obtenir l'égalité entre le régime souhaité et le régime réel. Par sécurité, l'entrée de contre réaction (Ecr) est automatiquement désactivée, avec déclenchement d'une alerte, si le régime réel ne s'égalise pas avec le régime souhaité, après que le retard de l'impulsion de triac (T1) à (T7) soit sur une de ses butées pendant un délai de mise en défaut. En référence à la figure 6 est montré le diagramme de fonctionnement de la sortie pour commande de trappe d'entrée d'air. La courbe (16) représente la vitesse du ventilateur qui sert à souffler ou à extraire l'air de l'enceinte. Les constantes (17) et (19) indiquent la dépression minimale (17) et maximale (19) autorisées dans l'enceinte. La courbe (18) représente la dépression mesurée. La courbe (20) représente la position de la trappe d'entrée d'air. ,Avant l'instant (T10) la dépression (18) se trouve entre les limites (17) et (19). La trappe (20) est arrêtée. La vitesse du ventilateur augmente à partir de l'instant (T10), entraînant la montée de la dépression (18) entre (T10) et (Tîl > . Dès que la dépression mesurée (18) dépasse le seuil maximum (19), la trappe (20) amorce le mouvement d'ouverture en continu ou par intermittences jusqu'à l'instant (T12) quand la dépression mesurée (18) retourne dans la fourchette définie par les constantes (17) et (19 > . Entre (T12) et (T13) la trappe rste arrêtée car la dépression mesurée reste entre les limites autorisées (17) et (19). A l'instant (T13), la trappe redémarre son mouvement d'ouverture car la dépression (18) dépasse à nouveau son maximum autorisé (19), car la vitesse du ventilateur (16) continue de s'accroître. La trappe s'arrête à nouveau dès que la dépression (18) rentre dans la fourchette autorisée, entre les constantes (17) et (19), ce qui est représenté sur notre schéma à l'instant (T14). Entre (T14) et (T15) la vitesse du ventilateur (16) reste stable, la dépression (18) ne varie donc pas, et la trappe (20) reste en arrêt. La vitesse du ventilateur diminue à partir de l'instant (T15). Jusqu'à (T16) la dépression mesurée (18) malgré sa baisse, reste entre les limites (17) et (19), la trappe (20) ne bouge pas. A partir de (T16) la dépression (18) devient inférieure à son minimum autorisé (17). La trappe démarre alors le mouvement de fermeture continu ou par intermittences, jusqu'à ce que la dépression revienne entre les constantes (17) et (19) ce qui arrive à l'instant (T17). Ensuite le fonctionnement de la trappe suit le principe ainsi présenté, en résumé elle s'ouvre lorsque la dépression est trop forte, se ferme si dépression trop faible, et reste immobile si la dépression est comprise entre le minimum et le maximum autorisés. Les explications données ont été basées sur la mesure de dépression par souci de simplicité. Dans les installations réelles d'autres types de mesures peuvent être utilisées pour déterminer la cohérence de la position de la trappe, P ex : Vitesse d'air, compte '-tours, ou autres. En référence à la figure 7, est représenté le fonctionnement cyclique du ventilateur. Les ventilateurs utilisés dans ces systèmes de ventilation, asynchrones à glissement, varient leur vitesse suivant la tension qui leur est appliquée. Ils tournent au ralenti lorsqu'il fait froid dans les enceintes, la vitesse ainsi obtenue est parfois insuffisante pour assurer le déplacement d'air, créant des volumes mal ventilés par la faute de circuits d'air inexistants. Cet inconvénient est en partie comblé par l'asservissement des trappes d'entrée d'air comme exliqué dans le descriptif de la figure 6. Cependant les ventilateurs au ralenti n'ont pas assez de débit pour assurer la dépression minimale et la trappe voulant chercher la bonne dépression peut se fermer complètement. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à cet inconvénient dans la mesure ou il remplace le fonctionnement au ralenti par un fonctionnement cyclique, avec une vitesse suffisante du ventilateur pendant le temps de marche. Le diagramme de la figure 7 est divisé en deux parties (T20) et (T21). La première partie (T20) représente le fonctionnement permanent du ventilateur, avec variation progressive de la vitesse (21). La deuxième partie (T21) représente le fonctionnement cyclique du ventilateur, déclenché automatiquement lorsque la vitesse souhaitée passe sous le seuil (23) établi par l'utilisateur. Le fonctionnement cyclique est caractérisé par un temps de cycle (Tcyc). Le ventilateur est actif (Ton) pendant upe fraction du temps de cycle (Tcyc) et reste arrêté pendant la durée restante (Tcyc-Ton). L'utilisateur peut indiquer au système la durée des cycles (Tcyc), le temps de marche (Ton), la vitesse (24) en fonctionnement cyclique, le seuil de basculement en mode cyclique (23), et lthysteresis autour du point de basculement (23) pour éviter que le système ne bascule en permanence entre mode continu et mode cyclique. REVENDICATIONS 12 Dispositif pour assurer la ventilation de salles d'élevage suivant les mesures relevées sur les entrées (el) à (en) et les consignes saisies à l'aide du clavier (Clav), caractérisé en ce qu'il est équipé d'une entrée particulière (Ecr) à laquelle peut être raccordé un système de contre réaction, permettant de vérifier et corriger le régime de sortie par rapport au régime souhaité calculé (11) à partir de tables saisies par l'utilisateur (2) à (9). I1 peut par ailleurs commander une trappe d'entrée d'air (20) afin d'améliorer les circuits d'air, et de faire fonctionner les ventilateurs en mode cyclique (T21) afin d'éviter qu'ils ne ,fonctionnent au ralenti. 2) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'entrée de contre réaction (Ecr) est prise en compte par l'unité centrale (uC) au même titre que les autres entrées (el) à (en). L'unité centrale (uC) relève la mesure de l'entrée contre réaction (Ecr) et l'enregistre dans la mémoire Ram de la même façon que les entrées de température d'humidité ou autres. 3) Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entrée de contre réaction (Ecr) peut mesurer une tension, un courant, un dialogue numérique, ou tout autre type de signal de contre réaction. 4) Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la contre réaction (Ecr) est automatiquement désactivée si le régime réel ne s'égalise pas avec le régime souhaité, après que le retard de l'impulsion de triac (T1) à (T7) soit restée dans une de ses butées pendant un délai de mise en 'défaut. 5) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'utilisateur peut modifier la ou les tables de régimes souhaitées (2) à (9) enregistrées dans la mémoire (Ram), à partir de l'interface utilisateur (Clav) et (Aff). 6) Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tables de régime souhaité (2) à (9) peuvent être établies pour différentes unités, suivant le type de contre réaction (Ecr) choisie : Compte-tours, Voltmètre, Dépression, Vitesse d'air, etc 7) Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les valeurs intermédiaires par rapport à celles données dans les tables (2) à (9) sont extrapolées de forme linéaire. 8) Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tables de régime souhaitées (2) à (9) sont divisées en deux groupes. ,Le premier (2) à (5) est utilisé avec un seul ventilateur ou groupe de ventilateurs, et dans les installations avec ventilateurs en cascade, lorsqu'un seul d'entre eux est en service. Le deuxième groupe (6) à (9) est utilisé dans les installations avec ventilateurs en cascade, lorsque les deux ventilateurs sont en service. 9) Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le retard de l'impulsion de déclenchement du triac (T1) à (T7) est flottant lorsque l'entrée de contre réaction est utilisée. Ce retard (T1) à (T7) est ajusté en permanence afin d'obtenir l'égalité entre le régime souhaité (11) et le régime réel enregistré dans la mémoire (Ram) par lecture de l'entrée (Ecr). 10) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il peut fournir la commande d'une trappe d'entrée d'air. Le fonctionnenent de celle-ci est déterminé par la concordance entre la mesure (18) et les limites (17) et (19). La trappe reste immobile tant que la mesure (18) reste entre les limites (17) et (19), elle s'ouvre ou se 'ferme dès que la mesure (18) dépasse un des seuils (17) ou (19) afin de ramener la mesure (18) à l'intérieur des limites (17) et (19). La mesure (18) peut représenter la dépression, la vitesse de l'air, ou tout autre grandeur permettant la gestion des circuits d'air dans l'enceinte. 11) Dispositif selon la revendication 1 et la revendication 10, caractérisé en ce que les limites (17) et (19) peuvent être inscrites par l'utilisateur dans la mémoire (Ram), à l'aide de l'interface (Aff) et (Clav). 12) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ventilateur (V1) peut adopter le fonctionnement cyclique (T21) lorsque sa vitesse en permanent devient insuffisante pour assurer un minimum de circulation d'air. 13) Dispositif selon la revendication 1 et la revendication 12, caractérisé en ce que l'utilisateur peut inscrire dans la mémoire (Ram), à l'aide de l'interface (Aff) et (Clav), le seuil de basculement en mode cyclique (23). 14) Dispositif selon la revendication 1 et la revendication 12, caractérisé en ce que l'utilisateur peut inscrire dans la mémoire (Ram), à l'aide de l'interface (Aff) et (Clav), l'hysterisis autour du point de basculement en mode cyclique (23). 15) Dispositif selon la revendication 1 et la revendication 12, cractérisé en ce que l'utilisateur peut inscrire dans la mémoire (Ram), à l'aide de l'interface (Aff) et (Clav), la vitesse (24) lors de la phase de marche (Ton) des ventilateurs en mode cyclique. 16) Dispositif selon la revendication 1 et la revendication 12, caractérisé en ce que l'utilisateur peut inscrire dans la mémoire (Ram), à l'aide de l'interface (Aff) et (Clav), le temps de cycle (Tcyc) du mode cyclique. 17) Dispositif selon la revendication 1 et la revendication 12, caractérisé en ce que l'utilisateur peut inscrire dans la mémoire (Ram), à l'aide de l'interface (Aff) et (Clav), le temps de marche (Ton) du mode cyclique.