Brevet FR2881483A1 — publié le 20060804

DESCRIPTION La présente invention concerne un régulateur de position pour un servomoteur actionné par pression, en particulier pneumatique, qui s'utilise souvent pour l'actionnement des organes de réglage de translation ou de rotation, telles que des valves, dans la technique des procédés industriels et des installations. Le régulateur de position présente une électronique ou un module électronique qui, par la comparaison d'une valeur de position de consigne avec une valeur de position réelle, émet en sortie un signal de réglage vers un convertisseur courant-pression pour la commande du servomoteur actionné par pression. Le convertisseur courant-pression peut consister en un étage de commande pilote ou primaire pneumatique, par lequel peut être commandé l'étage principal pneumatique, couplé spécialement à une source de pression constante, qui entraîne par pression un élément de réglage du servomoteur. Comme une alternative, le convertisseur courant-pression peut être formé comme unité constructive. Du DE 44 29 401 C2 on connaît un tel régulateur de position, pour lequel on propose un système d'aération rapide autoprotégé conforme au type de protection à l'allumage, qui fait passer l'élément de réglage dans une position de sûreté préétablie pour un comportement du type à sûreté intégrée. Dans le régulateur de position connu, une électronique de réglage et le convertisseur courant-pression sont alimentés de manière énergétique par une entrée d'alimentation analogique, définie par 4 à 20 mA et 9,6 V. L'électronique est alimentée directement de l'entrée d'alimentation. Le convertisseur courant-pression est alimenté de manière énergique par une connexion ou conduite électrique ou ligne à partir du module électronique, ainsi qu' avec un signal de réglage et qu'avec la puissance électrique de l'entrée d'alimentation analogique, non consommée par le module électronique. Dans le cas de détérioration ou panne ou perturbation de l'installation, l'élément de réglage du servomoteur est amené en position de sûreté, en ce que le servomoteur est désaéré. Cette chose s'obtient en ce que, dans la connexion électrique entre le module électronique et le convertisseur courant-pression est introduit un interrupteur d'urgence avec un ressort pour l'ouverture automatique de l'interrupteur d'urgence. L'interrupteur d'urgence présente aussi une bobine, couplée à une entrée de tension d'urgence, habituellement binaire, de 12 V, par laquelle la bobine présente des forces électromagnétiques et ferme l'interrupteur d'urgence, surmontant la force du ressort. En l'absence de tension - donc en cas de perturbation de l'installation on ouvre l'interrupteur d'urgence, et on interrompt la connexion électrique entre le module électronique et le convertisseur courant-pression, de sorte que le convertisseur courant-pression pour la désaération du servomoteur est sans énergie. La structure du régulateur de position connu est critique en ce qui concerne la technique de sûreté, puisqu'aucune interruption complète ne survient entre les circuits électriques du régulateur de position avec le courant d'alimentation analogique et ceux du système de désaération rapide avec la tension d'urgence binaire de celui-ci. Spécialement on a prouvé que le "courant résiduel" qui, malgré la perturbation de l'installation donc l'absence de la tension d'urgence de 24 V circule sur la connexion électrique entre le module électronique et le convertisseur courant-pression, induit des courants de cheminement dans la bobine de l'interrupteur. Les forces de fermeture induites dans l'interrupteur d'urgence par l'intermédiaire des courants de cheminement, peuvent être suffisantes pour maintenir fermé l'interrupteur d'urgence, au moins pendant un intervalle de temps qui, du point de vue technique de sûreté, ne peut pas être négligé. Dans le cas d'une perturbation de l'installation, sur la durée de cet intervalle le servomoteur ne peut pas être désaéré pour arriver dans la position de sécurité positive. De plus, la construction de l'interrupteur d'urgence est incertaine en fonctionnement, à cause du ressort mécanique dont le matériau peut perdre dans le temps ses propriétés, raison pour laquelle une mise hors circuit du convertisseur courant-pression ne peut pas être assurée avec probabilité assez grande. Enfin, le bilan d'alimentation en énergie du régulateur de position connu, montre des désavantages parce qu'à cause du besoin d'alimentation du convertisseur courant-pression par l'entrée d'alimentation analogique seule une quantité limitée d'énergie de l'entrée d'alimentation analogique peut être utilisé pour les composantes électroniques du régulateur de position. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients de l'art antérieur, particulièrement de réaliser un régulateur de position avec autoprotection optimisée, avec une fiabilité et une sûretée augmentées et avec un nombre réduit de composantes mécaniques, avec lequel, spécialement pour un réglage de position plus robuste ou plus performante, des composantes électroniques avec une consommation plus grande d'énergie peuvent être utilisées. A cet effet, la présente invention a pour objet un régulateur de position pour un servomoteur actionné par pression, comprenant un module électronique avec le rôle de comparer une valeur de position de consigne ou nominale avec une valeur de position réelle et d'émettre en sortie un signal de réglage, un convertisseur courant-tension qui reçoit le signal de réglage pour commander le servomoteur, une entrée d'alimentation électrique analogique, en particulier dans une plage de 4 à 20 mA, pour l'alimentation du module électronique en énergie électrique et une entrée de tension supplémentaire, en particulier dans une plage d'environ 24 V, caractérisé en ce que l'entrée de tension est réalisée comme une entrée d'alimentation électrique supplémentaire, distincte de l'entrée d'alimentation analogique pour l'alimentation en énergie du convertisseur courant-pression. À l'entrée de tension d' autres tensions standard usuelles, de 5 Volts, 12 Volts ou analogues, sont possibles. Le convertisseur courant-pression est donc alimenté électriquement, indépendamment de l'entrée d'alimentation analogique, par l'entrée d'alimentation supplémentaire réalisée comme entrée de tension. Le module électronique du régulateur peut être alimenté de préférence exclusivement par l'entrée d'alimentation analogique. Avec la forme de réalisation selon l'invention, avec deux entrées d'alimentation séparées entre elles, on assure une fonctionnalité avec une autoprotection agrandie du régulateur de position, parce que l'influence électrique réciproque entre le circuit électronique du réglage de position et la désaération rapide est exclue, sans être nécessaire l'augmentation du nombre de composantes mécaniques. Par les mesures prises selon l'invention même on réduit de manière surprenante le nombre des composantes mécaniques, de sorte que l'on peut renoncer complètement à une disposition d'interrupteurs ou de relais contraints par ressort. De plus, il est possible avec l'invention d'obtenir par le choix des composantes électroniques une puissance plus grande, parce que l'entrée d'alimentation électrique analogique d'habitude normalisée pour beaucoup de servomoteurs, peut être utilisée maintenant exclusivement pour l'électronique de réglage du régulateur de position. Ainsi, le constructeur du régulateur de position a une flexibilité plus grande pour établir l'architecture des composantes électroniques d'un régulateur de position même d'une puissance plus grande. Selon une caractéristique de l'invention, l'entrée d'alimentation supplémentaire présente à la base une entrée de tension binaire, qui fournit en particulier un signal de commande d'urgence, et à laquelle est couplé le convertisseur courant-pression. Lors de la mise en pratique de l'invention, il a été constaté de manière surprenante, qu'une tension de commande d'urgence de 24 V, binaire normalisée, était suffisante pour l'alimentation en énergie électrique au moins du convertisseur courant-pression. Entre le module électronique et le convertisseur courant-pression est installée une connexion électrique dont le niveau d'énergie est seulement suffisant pour la transmission du signal de réglage. Dans un développement supplémentaire de l'invention, l'entrée d'alimentation supplémentaire comprend ou est pourvue d' un amplificateur, en particulier un amplificateur opérationnel, couplé en aval ou connecté en suite de l'entrée de tension. L'amplificateur sert à l'amplification du signal de réglage, avec un niveau d'énergie plus bas, transmis par le module électronique au convertisseur courant-pression. L'énergie électrique amplifiée à l'entrée de tension produit l'amplification du signal de réglage. Le signal de réglage amplifié est transmis au convertisseur courant-pression pour la commande de l'étage principal de commande, en particulier pneumatique. En accord avec une fouie de réalisation préférée de l'invention, l'entrée d'alimentation supplémentaire comprend un dispositif couplé ou connecté après ou en aval de l'entrée de tension, pour stabiliser et/ou le cas échéant redresser la tension et/ou le courant électrique de l'entrée de tension par exemple de 5 V. Le dispositif de stabilisation par exemple un bloc d'alimentation peut être réalisé de transistors, diodes Zener, circuits intégrés analogues. Le dispositif de stabilisation est couplé ou connecté en particulier avant ou en amont de l'amplificateur, de sorte qu'on applique à l'amplificateur une tension continue sensiblement toujours constante. Selon un autre développement de l'invention, le signal de réglage fourni ou transmis au convertisseur courant-pression est ajusté énergétiquement, en particulier réduit ou modulé, de sorte qu'en cas de panne ou de valeur zéro de l'entrée de tension ou d'alimentation, en particulier binaire, le convertisseur courant-pression est désactivé, et que pendant le fonctionnement ou en cas de valeur "un" de l'entrée d'alimentation en particulier binaire, le convertisseur courant-pression peut être actionné conformément à la commande, en particulier en fonction du signal de réglage amplifié. De cette manière, à la chute de la tension d'urgence de 24 V, on assure que, malgré l'existence en continuation de l'alimentation électrique analogique de 10 mA à 20 mA, ou de l'apparition d'un "courant résiduel" le convertisseur courant-pression reste sans énergie, de sorte qu'il réalise automatiquement, immédiatement la condition d'autoprotection pour la désaération du servomoteur et l'occupation de la position de fail-safe. De préférence la transmission du signal de réglage entre le module électronique et le convertisseur courant-pression est pourvue d' un limiteur de courant. Le limiteur de courant peut consister en une résistance électrique, comme une résistance à pellicule métallique ou plaque métallique, ou en un optocoupleur. Selon un autre développement préféré de l'invention, le module électronique et le convertisseur de courant-pression, et particulièrement toutes les composantes de l'entrée d'alimentation supplémentaire et/ou analogique, sont introduits ou logés dans un boîtier propre, de préférence fermé. Des composantes pneumatiques du servomoteur, tels que l'étage principal de commande pneumatique, ainsi que le dispositif d'amplification pneumatique peuvent être disposés en dehors du boîtier. De plus, le régulateur de position selon l'invention peut être réalisé avec un dispositif de diagnostic. Le dispositif de diagnostic peut être équipé avec un senseur pour saisir l'état de couplage ou de commutation du convertisseur courant-pression. Un signal pour l'état de couplage ou de commutation du dispositif de diagnostic peut être transmis au module électronique, en particulier par ou à travers un limiteur de courant. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, il peut être prévu un dispositif supplémentaire pour la surveillance de l'état du signal de l'entrée de tension (ou d'alimentation supplémentaire). Le signal de surveillance peut être transmis au module électronique, en particulier par ou à travers un limiteur de courant. D'autres avantages, caractéristiques et propriétés de l'invention sont mis en évidence par la suivante description de formes de réalisation préférées, ce à l'aide des dessins annexés dans lesquels: La Figure 1 est un schéma de principe d'une première forme de réalisation d'un régulateur de position selon l'invention; et La Figure 2 est un schéma de principe d'une seconde forme de réalisation d'un régulateur de position selon l'invention; Dans la Figure 1, le régulateur de position selon l'invention, qui est désigné par la référence 1, présente deux entrées distinctes d'alimentation électrique, l'une pour le réglage de position A, l'autre pour la désaération rapide d'urgence B. Les entrées d'alimentation sont définies par une première entrée d'alimentation électrique analogique 3 avec un niveau de courant de 4 à 20 mA pour le réglage de position, et une seconde entrée d'alimentation 5, différente, avec une entrée de tension binaire normalisée 4 pour un signal d'urgence de 24 V, pour la désaération rapide B. À l'entrée d'alimentation analogique 3 est connecté un module électronique 7 réalisant le réglage de position. Le module électronique 7 comprend un circuit d'entrée 9 avec un bloc d'alimentation, qui n'est pas représenté en détail, et qui peut être réalisé avec un transistor, une diode Zener ou analogue. Après le circuit d'entrée 9 est connecté un micro-ordinateur 11 alimenté avec le signal de sortie d'alimentation 13 du circuit d'entrée 9. Le micro- ordinateur 11 compare une valeur nominale mémorisée avec une valeur de position réelle, saisie par un senseur de déplacement 15 connecté avec le micro-ordinateur 11, donnant des positions ou positions angulaires d'un arbre d'entraînement 45, couplé avec un organe final 47. Le senseur de déplacement 15 est alimenté aussi avec l'énergie électrique de l'entrée d'alimentation 3. L'autre entrée d'alimentation 5, pour un convertisseur I/P (courantpression) 29, est formé de l'entrée de tension 4, le bloc d'alimentation 19 et l'amplificateur opérationnel 21. À l'entrée de tension 4 est connecté le bloc d'alimentation 19 pour stabiliser la tension électrique d'alimentation pour un amplificateur opérationnel 21 couplé ou connecté après le bloc d'alimentation 19. Il peut être renoncé au bloc d'alimentation 19, l'amplificateur opérationnel étant alors exposé de manière correspondante aux variations de tension. La tension d'alimentation 23 stabilisée est appliquée à l'entrée 25 de l'amplificateur opérationnel 21. La sortie 27 de l'amplificateur opérationnel 21 est couplée électriquement avec le convertisseur I/P 29, qui est commandé et actionné par un signal combiné d'énergie et de réglage 31. Le micro-ordinateur 11 est couplé avec une entrée pour le signal de commande 33 de l'amplificateur opérationnel 21, par une ligne pour le signal de réglage 35 pourvue avec un limiteur de courant 37, qui assure que le signal de réglage 39 est tellement réduit énergétiquement qu'il n'est pas suffisant pour l'actionnement du convertisseur UP 29, lorsqu'il n'est pas amplifié. Le convertisseur UP 29 est couplé avec un étage pneumatique principal, qui n'est pas représenté en détail et qui, commandé par le convertisseur I/P 29, actionne un servomoteur 41 pneumatique. Le couplage pneumatique vers l'étage principal de commande pneumatique, ainsi que le couplage du convertisseur I/P (courant/pression) vers l'étage principal de commande pneumatique sont représentés par le symbole 43. Toutes les composantes électroniques du réglage de position A et de la désaération rapide B, en particulier du convertisseur I/P, sont introduites dans un boîtier commun 61 étanche aux fluides. Le senseur de déplacement 15 peut saisir sans contact les déplacements de position de l'élément de réglage 45. Pour cela on peut utiliser par exemple un senseur Hall (qui n'est pas représenté en détail). Comme alternative, il peut être prévu un potentiomètre, couplé de manière mécanique avec l'arbre d'entraînement 45. Dans ce qui suit, on décrit la manière de fonctionner du régulateur de position 1: Dans le fonctionnement normal du régulateur de position 1, l'entrée d'alimentation 3 alimente toutes les composantes électroniques du module électronique 7 pour la réalisation de la comparaison de la valeur de position nominale mémorisée avec la valeur de position réelle saisie par le senseur de déplacement 15. Le signal de réglage 39 est réduit en énergie par le limiteur de courant 37. Le signal de réglage 35 réduit, arrive par l'entrée pour le signal de commande 33 dans l'amplificateur opérationnel 21, qui amplifie en énergie le signal de réglage 35 au moyen de l'entrée de tension 4. Le signal de réglage et d'énergie 31 entrant dans le convertisseur I/P 29, permet l'actionnement commandé du convertisseur I/P. Dans une situation d'urgence qui, conformément aux normes est définie par l'absence de la tension d'entrée de 24 V, le convertisseur est immédiatement mis dans un état sans énergie électrique ou au moins dans un état à énergie très réduite, de sorte que les signaux arrivant éventuellement au convertisseur UP 29, par exemple les courants résiduels du module électronique 7 ou des alimentations d'énergie provenant de l'entrée d'alimentation 3, sont trop faibles pour actionner le convertisseur UP 29. Avec le régulateur de position 1 selon l'invention, on assure un niveau d'autoprotection, qui garantit le passage en fiable de l'élément de réglage en une position de sécurité positive, avec une probabilité assez grande. Dans la Figure 2, une autre forme préférée de réalisation du régulateur de position selon l'invention est désignée par la référence 1. Pour faciliter la description des figures, on utilisera les mêmes symboles de référence que celles de la Figure 1, pour des composantes identiques ou semblables du régulateur de position de la Figure 2. Le régulateur de position 1 selon la Figure 2 diffère de celui-là de la Figure 1, essentiellement en ce qu'il est pourvu d' un dispositif de diagnostic 51 supplémentaire, qui comprend un senseur pour saisir l'état de couplage ou de commutation d'une valve magnétique, qui n'est pas représentée en détail, du convertisseur I/P 29. Le dispositif de diagnostic 51 est également alimenté par l'entrée d'alimentation binaire 5, de sorte que l'entrée d'alimentation analogue 3 ne soit pas sollicitée de manière supplémentaire. Le dispositif de diagnostic 51 est couplé avec le micro-ordinateur 11 par une ligne de transmission 53, ladite ligne de transmission 53 présentant ou intégrant un limiteur de courant 55. Les formes de réalisation du régulateur de position 1, représentées dans les Figures 1 et 2, peuvent aussi présenter un dispositif de surveillance, qui n'est pas représenté en détail, au niveau de l'entrée de tension 4. Le dispositif de surveillance surveille l'état réel de la tension à l'entrée de tension 4. Par le retour au micro-ordinateur 11 du signal de surveillance, en tant que signal de petite puissance, par l'intermédiaire d'un chemin limiteur de courant qui n'est pas représenté ici, on assure un complément du fonctionnement sûr et fiable du régulateur de position 1 selon l'invention. Les références numériques suivantes apparaissent sur les figures 1 et 2 des dessins annexé : 1 régulateur de position 3 entrée d'alimentation entrée d'alimentation 7 module électronique 9 circuit d'entrée 11 microordinateur 13 sortie d'alimentation senseur de déplacement 19 bloc d'alimentation secteur 23 tension d'alimentation 25 entrée d'alimentation de l'amplificateur opérationnel 27 sortie de l'amplificateur opérationnel 29 convertisseur UP 31 signal d'énergie et de réglage 33 entrée pour le signal de commande 35 ligne pour le signal de réglage 43 couplage pneumatique arbre d'entraînement -10-47 organe final 51 dispositif de diagnostic 53 ligne de transmission limiteur de courant A réglage de position B désaération rapide d'urgence Les caractéristiques de l'invention dévoilées dans la description ci-dessus et dans les dessins, peuvent exister tant individuellement que dans n'importe combinaison, pour la réalisation de l'invention dans ses différentes formes de réalisation. REVENDICATIONS 1. Régulateur de position pour un servomoteur actionné par pression, comprenant un module électronique (7) avec le rôle de comparer une valeur de position de consigne ou nominale avec une valeur de position réelle et d'émettre en sortie un signal de réglage (39), un convertisseur couranttension (29) qui reçoit le signal de réglage (39) pour commander le servomoteur (41), une entrée d'alimentation électrique analogique (3), en particulier dans une plage de 4 à 20 mA, pour l'alimentation du module électronique (7) en énergie électrique et une entrée de tension (4) supplémentaire, en particulier dans une plage d'environ 24 V, caractérisé en ce que l'entrée de tension (4) est réalisée comme une entrée d'alimentation électrique supplémentaire, distincte de l'entrée d'alimentation analogique (3) pour l'alimentation en énergie du convertisseur courant-pression (29). 2. Régulateur de position selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée d'alimentation supplémentaire (4) présente à la base une entrée de tension binaire, qui fournit en particulier un signal de commande d'urgence, et à laquelle est couplé le convertisseur courant-pression (29) . 3. Régulateur de position selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'entrée d'alimentation supplémentaire (4) comprend un amplificateur, en particulier un amplificateur opérationnel (21), connecté ou couplé en suite de l'entrée de tension (4). 4. Régulateur de position selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'entrée d'alimentation supplémentaire comprend un dispositif', connecté en aval de l'entrée de tension (4), pour le redressement et/ou la stabilisation de la tension électrique et/ou du courant électrique de l'entrée de tension (4), tel qu'un bloc d'alimentation (19) qui est réalisé par exemple avec des transistors, des diodes Zener, des circuits intégrés ou analogues et qui est connecté en particulier en amont d'un amplificateur. 5. Régulateur de position selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le signal de réglage (39) transmis au convertisseur courant-pression (29) est ajusté du point de vue énergétique, en particulier réduit, de sorte qu'en cas de panne ou de valeur zéro de l'entrée de tension (4), le convertisseur courant- pression (29) est désactivé, et qu'en cas de fonctionnement ou de valeur 'un' de l'entrée de tension (4), le convertisseur courant-pression (29) puisse être actionné conformément à la commande. 6. Régulateur de position selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé 10 en ce que la transmission de signal de réglage entre le module électronique (7) et le convertisseur courant-pression (29) est pourvue d' un limiteur de courant (37). 7. Régulateur de position selon la revendication 6, caractérisé en ce que le limiteur de courant (37) consiste en une résistance électrique, telle qu' une 15 résistance de pellicule métallique ou de plaque métallique, ou en un optocoupleur. 8. Régulateur de position selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le module électronique (7) et le convertisseur courant-pression (29), et particulièrement toutes les composantes de l'entrée d'alimentation supplémentaire 20 et/ou analogique (3, 4), sont logés dans un boîtier (61), de préférence fermé. 9. Régulateur de position selon la revendication 8, caractérisé en ce que des composantes pneumatiques du servomoteur (41) sont disposées en dehors du boîtier (61). 10. Régulateur de position selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'est prévu un dispositif de diagnostic (51) pour saisir l'état de couplage ou de commutation du convertisseur courantpression (29), un signal pour l'état de couplage ou de commutation du dispositif de diagnostic (51) pouvant être transmis au module électronique (7), en particulier à travers un limiteur de courant. 11. Régulateur de position selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif supplémentaire pour la surveillance de l'état du signal à l'entrée d'alimentation supplémentaire, en particulier à l'entrée de tension (4), le signal de surveillance pouvant être transmis au module électronique (7), en particulier par ou à travers un limiteur de courant.