Brevet FR2849703A1 — publié le 20040709

"Module de gestion agraulique" La présente invention se rapporte à un module de gestion 5 aéraulique pour gérer les débits d'air extraits ou soufflés dans un conduit. Elle trouve une application particulièrement avantageuse dans un système comprenant des équipements aérauliques d'extraction tels que des hottes de laboratoire, aussi appelées hottes de Sorbonne, utilisées 10 pour protéger des techniciens et des opérateurs contre des dégagements toxiques ou corrosifs. Par équipement aéraulique d'extraction, on entend ici l'ensemble des hottes d'extraction équipant tous types de salles, notamment des laboratoires, des salles blanches ou 15 des salles de réunion, mais également des hottes équipant des cuisines industrielles, ainsi que des extracteurs d'air équipant des chambres individuelles dans des hôtels, des maisons de retraite, des cliniques, des hôpitaux ou des cabines de bateau. La protection conférée par une sorbonne de laboratoire est obtenue par le biais de l'aspiration de l'air vicié issu de la manipulation. L'air est extrait par un conduit raccordé à une cheminée de rejet extérieure. Un ventilateur notamment, du type centrifuge, est placé à l'extérieur du 25 bâtiment. Le laboratoire peut également comprendre des moyens de soufflage et d'extraction complémentaires, disposés ou non sur des sorbonnes. Dans un laboratoire conventionnel, on relève une consommation d'énergie non négligeable car les hottes 30 rejettent dans l'environnement extérieur l'air aspiré dans le laboratoire, un air éventuellement chauffé en hiver et refroidi en été. Pour limiter les dépenses énergétiques tout en maintenant un niveau de sécurité optimum, on met en place dans les laboratoires un système de contrôle précis de la 35 vitesse d'air frontale des hottes et des débits d'air hygiénique. Dans le cadre de ce contrôle des débits, il est nécessaire de réaliser une mesure des débits extraits. Cette - 2 mesure permet de calculer les besoins en soufflage et extraction complémentaires. Pour gérer l'ensemble du système d'extraction, on peut utiliser, conformément au document FR 2 811 067, un réseau de capteurs intelligents esclaves 5 associés à des hottes et à des conduits d'extraction et de soufflage, ainsi qu'une unité de contrôle de module maître pour communiquer avec ces capteurs. La présente invention a pour but un nouveau système de gestion rapide et optimisé en terme de régulation des débits 10 extraits et/ou soufflés, et de sécurité de l'extraction. En effet, il arrive fréquemment que, pour diverses raisons, par exemple une surpression dans les faux-plafonds, l'extraction ne fonctionne pas correctement, tout en ayant une indication de vitesse frontale. La sorbonne fonctionne alors à l'envers 15 (en refoulement), ce qui donne une fausse indication de vitesse frontale. La comparaison entre la vitesse et le débit permet de constater immédiatement le défaut et donc de signaler la situation potentiellement dangereuse. Un autre but de l'invention est de soulager l'unité de contrôle de 20 module maître dans sa gestion. On atteint au moins l'un des objectifs précédents avec un nouveau module de gestion disposé dans un système de gestion de fluide. Ce système comporte au moins un conduit de passage de fluide et un moyen de contrôle de débit dans 25 ce conduit. Plus précisément, ce système peut être un système d'extraction d'air comportant au moins un conduit d'extraction d'air et un moyen de contrôle de débit dans ce conduit. Le moyen de contrôle peut par exemple être un clapet motorisé ou le variateur de fréquence d'un 30 ventilateur. Le clapet peut être associé à un servomoteur ou à un moteur pneumatique. Le module de gestion selon l'invention comprend: - un module de mesure du débit dans le conduit, des moyens pour commander de manière autonome le 35 moyen de contrôle de débit, et 3 3 - des moyens pour commander le moyen de contrôle de débit en réponse à une consigne provenant d'une unité de contrôle de module distant. Avec le module selon l'invention, on peut donc relayer 5 l'information relative au débit d'air, commander le clapet en réponse à une consigne, et/ou commander le clapet de façon autonome. La commande autonome peut consister en un signal de commande proportionnel au débit d'air mesuré, mais il peut aussi s'agir d'un signal de commande ayant subi un 10 traitement au sein du module de gestion avant d'être transmis vers le clapet. La consigne de commande peut être transmise depuis l'unité de contrôle de module selon un protocole numérique. De préférence, le module de mesure peut comprendre une 15 sonde de pression différentielle. La mesure du débit d'air extrait peut s'effectuer dans le conduit d'extraction ainsi que sur d'éventuels conduits de soufflage et d'extraction complémentaires. Le principe repose sur la mesure d'une différence entre deux pressions: une pression statique et 20 une pression dynamique. Cette différenciation permet d'obtenir un débit de façon simple et rapide. Avantageusement, le module de gestion comprend des moyens de conversion analogique-numérique pour le traitement des données provenant du moyen de mesure. Il comprend 25 également des moyens de conversion numériqueanalogique pour commander le moyen de contrôle de débit par des signaux analogiques. Ces signaux analogiques peuvent varier entre quatre et vingt milliampères ou entre deux et dix volts par exemple. D'autres signaux de commande peuvent être 30 envisagés. De même, les signaux de commande peuvent commander tout autre équipement compatible. Suivant un mode de réalisation de l'invention, les moyens de commande comprennent un microcontrôleur apte à transmettre les données provenant du module de mesure vers 35 l'unité de contrôle de module et vers le moyen de contrôle de débit. Ce microcontrôleur est apte à asservir le débit - 4 d'air à une consigne prédéterminée en fonction des données provenant du module de mesure. Avec l'invention, on peut directement commander une bouche de soufflage ou d'extraction par l'interprétation 5 d'un signal provenant du module de mesure de débit, on soulage ainsi l'unité de contrôle de module. Par ailleurs, le module de gestion peut comprendre une interface de reprogrammation in situ et des moyens pour stocker des données de paramétrage. Suivant une caractéristique avantageuse de l'invention, le module de gestion est disposé dans un réseau industriel comportant également l'unité de contrôle de module. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un 15 mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels: - La figure 1 est une vue d'ensemble d'un système aéraulique dans lequel le module de gestion selon l'invention est disposé; et - La figure 2 est un schéma interne du module de gestion selon l'invention. Bien que l'invention n'y soit pas limitée, on va maintenant décrire le module de gestion selon l'invention, appliqué à un système aéraulique d'un laboratoire comprenant 25 des hottes. Sur la figure 1, on distingue un laboratoire 16 dans lequel sont disposés des hottes 5 et 6 à travers lesquelles l'air est aspiré de façon à être évacué par le conduit 14. On distingue également un extracteur supplémentaire 7 ainsi qu'un conduit de soufflage 8 30 permettant d'introduire de l'air extérieur au sein du laboratoire 16. Un réseau industriel interne pour notamment gérer la vitesse d'air frontale et les débits d'air dits "hygiéniques", ou "taux de brassage", au niveau des hottes est constitué par une unité de contrôle de module maître 2 35 et des unités esclaves 3 et 4 associées à des hottes 5 et 6. Par exemple, l'unité esclave 3 peut comprendre un capteur de - 5 vitesse frontale au niveau de l'ouverture de la hotte 5, les informations recueillies avec ce capteur étant transmises vers l'unité de contrôle de module 2. Ce réseau industriel interne peut être relié à un serveur de gestion externe 15 5 via un réseau informatique externe (typiquement réseau de supervision). Sur le conduit d'extraction 14, on dispose un clapet 9 pour contrôler le débit d'air extrait. Ce clapet peut être manipulé au moyen d'un moteur 11. De même sur le conduit de 10 soufflage 8, est disposé un clapet 10 commandé par le moteur 12. Le module de gestion 1 selon l'invention à pour rôle de mesurer le débit d'air extrait via le conduit 14, puis de transmettre cette information vers l'unité de commande de module 2. L'unité de contrôle 2 traite alors l'information 15 puis détermine un signal de consigne qu'elle transmet vers le module de gestion 1, ce dernier peut alors piloter le moteur 12 de façon à modifier le débit d'air soufflé en fonction du signal de consigne reçu. Avantageusement, le module de gestion 1 selon l'invention comprend également des 20 moyens pour traiter directement l'information relative au débit d'air mesuré sur le conduit 14 et d'en déterminer, de façon autonome, le signal de consigne pour piloter le moteur 12. De ce fait, on évite un aller-retour inutile vers l'unité de contrôle de module 2. Dans certains cas, on peut 25 se passer de l'unité de contrôle de module 2. La mesure du débit d'air est réalisée au moyen d'une sonde de pression différentielle disposée dans le module de gestion 1. Cette sonde de pression différentielle reçoit deux signaux de pression Pl et P2 provenant d'un dispositif 30 de mesure, par exemple une croix de mesure 13, disposé dans le conduit d'extraction 14. Par conséquent, l'asservissement du débit d'air peut être fait de façon locale. Le débit d'air mesuré par le module de gestion 1 est immédiatement traité puis transformé en signal de commande vers le clapet 35 10. Sur la figure 2 est représenté un mode de réalisation du module de gestion 1 selon l'invention. On distingue une - 6 sonde de pression différentielle 17 recevant les signaux de pression Pl et P2. La sonde 17 émet en sortie un signal correspondant au débit d'air dans le conduit 14. Le signal de débit est ensuite converti en signal numérique via un 5 convertisseur analogique numérique 18 de façon à être traité par un microcontrôleur 23. Ce microcontrôleur peut communiquer avec le réseau, et notamment l'unité de contrôle de module 2 via une interface de communication 19. Le microcontrôleur peut transmettre les données numériques 10 relatives au débit d'air dans le conduit 14 vers un dispositif communicant, tel que l'unité de contrôle de module 2. Mais il peut également recevoir des signaux de consigne provenant du réseau, et plus particulièrement de cette unité de contrôle de module 2, de façon à émettre des 15 signaux de commande vers les interfaces de sorties 24 et 25. L'interface de sortie 24 ou 25 comprend un convertisseur numérique analogique permettant d'élaborer un signal de commande analogique compris entre 4 et 20 milliampères ou entre 2 et 10 volts selon le type d'appareil à commander. Le 20 choix entre les deux types de commande peut être déterminé de façon logicielle au sein du microcontrôleur 23. Le microcontrôleur 23 peut également recevoir le signal numérique relatif au débit d'air dans le conduit 14, traiter ce signal de façon à en déterminer des signaux de commande 25 vers les interfaces de sorties 24 et 25. Donc les signaux de commande peuvent provenir directement d'un traitement autonome du microcontrôleur 23 ou provenir d'un signal de consigne émis par l'unité de contrôle de module 2. En outre, le microcontrôleur peut simultanément transmettre le signal 30 correspondant au débit d'air mesuré ainsi qu'émettre des signaux de commande vers les interfaces de sorties. Lorsque le microcontrôleur 23 pilote les clapets de façon autonome, cela peut correspondre à un mode dit "miroir", dans lequel le signal de commande analogique à la 35 sortie de l'interface de sortie 24 par exemple, est proportionnel au débit d'air mesuré. A titre d'exemple, pour la commande du moteur 11 contrôlant le clapet 9 dans le - 7 conduit d'extraction 14, une pression de 0 PA peut correspondre à un signal de 4 milliampères tandis qu'une pression de 300 PA peut correspondre à un signal de 20 milliampères. De préférence, le moteur 12 est paramétré de façon à être piloté directement par ce type de signal. Le module de gestion 1 comprend également une interface de reprogrammation in situ 22 pour une mise à jour du fonctionnement du microcontrôleur. On distingue également une mémoire 21 pour stocker tout 10 un ensemble de paramètres. Ces paramètres peuvent notamment servir à l'étalonnage de la sonde de pression différentielle 17. Pour mesurer un débit à partir d'une différence de pression, cette sonde doit notamment connaître la section du tuyau d'extraction ou de soufflage. La mémoire 21 peut ainsi 15 stocker une table de conversion entre diamètre du conduit et débit d'air extrait. Elle peut également stocker les lois aérauliques de conversion du signal de pression en débit. Cette fonction donne la possibilité de calculer les débits dans toutes les sections de gaines. Le module de gestion 1 comprend également une alimentation autonome 20 pour notamment rester actif lors d'une coupure de courant générale. A titre d'exemple, le module de gestion 1 peut se présenter sous la forme d'un boîtier de dimension 25 157x93x25mm comprenant différentes bornes et prises pour la connectique. Ce boîtier peut comporter: - deux raccords pour se connecter au dispositif de mesure 13; - deux prises mini-fit-jr pour raccorder le réseau; - au moins un connecteur sortie analogique 4-20 milliampères ou 2-10 volts. Bien sr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de 35 l'invention. L'invention peut notamment s'appliquer dans tous domaines nécessitant une extraction d'air régulée. Le même principe peut également servir à mesurer tout type de - 8 fluide dans les mêmes conditions en changeant la sonde de pression différentielle par tout système de mesure analogique. On peut notamment envisager une vanne dans un système de gestion de liquide tel que l'eau. Une autre application typique de ce module de gestion peut consister en une prise de mesure par l'intermédiaire de la croix de mesure 13 dont le signal est traité par le moteur 11. Cette mesure de débit extrait est alors directement transmise sous forme de recopie de signal 10 converti linéairement sous forme 4-20 milliampères ou 2-10 Volts. Ce signal permet de commander un moteur qui actionne un clapet déterminant une quantité d'air à souffler, augmenté ou diminué d'un delta qui aura été paramétré dans la mémoire 21. la mémoire 21 peut également contenir des 15 paramètres de régulation qui seront exploités par le microcontrôleur 23 pour réguler le moteur 12. l'application peut être appliquée à tout type de mesure et de gestion de fluide. REVENDICATIONS 1. Module de gestion dans un système de gestion de fluide doté au moins d'un conduit (14) de passage du fluide et d'un 5 moyen (9, 11, 10, 12) de contrôle de débit dans ce conduit, caractérisé en ce qu'il comprend: - un module (13, 17) de mesure du débit dans le conduit, - des moyens (1) pour commander de manière autonome le 10 moyen de contrôle (9, 11, 10, 12) de débit, et - des moyens pour commander le moyen de contrôle de débit en réponse à une consigne provenant d'une unité (2) de contrôle de module distant. 2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de mesure comprend une sonde de pression différentielle (17). 3. Module selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce 20 que le moyen de contrôle de débit comprend un clapet motorisé (9, 10). 4. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de contrôle de débit comprend 25 le variateur de fréquence d'un ventilateur. 5. Module selon la revendication 1, utilisé dans un système de gestion de liquide, caractérisé en ce que le moyen de contrôle de débit comprend une vanne. 30 6. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de conversion analogiquenumérique (18) pour le traitement des données provenant du moyen de mesure (17). 35 7. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de - 10 conversion numérique-analogique pour commander le moyen de contrôle de débit par des signaux analogiques. 8. Module selon la revendication 7, caractérisé en ce que 5 les signaux analogiques varient entre quatre et vingt milliampères. 9. Module selon la revendication 7, caractérisé en ce que les signaux analogiques varient entre deux et dix volts. 10. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un microcontrôleur (23) apte à transmettre les données provenant du module de mesure (17) vers l'unité de 15 contrôle de module (2) et vers le moyen de contrôle de débit (9, 11, 10, 12). 11. Module selon la revendication 9, caractérisé en ce que le microcontrôleur est apte à asservir le débit du fluide à 20 une consigne prédéterminée en fonction des données provenant du module de mesure (17). 12. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une interface 25 (22) de reprogrammation in situ. 13. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour stocker des données de paramétrage (21). 30 14. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est disposé dans un réseau industriel comportant l'unité de contrôle de module. 15. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la consigne de commande est transmise depuis l'unité de contrôle de module (2) selon un protocole numérique.