Brevet FR2955936A1 — publié le 20110805

La présente invention concerne un organe de contrôle d'un flux de fluide, un réseau de fluide pourvu d'un tel organe et un procédé de surveillance de mise en oeuvre. L'invention concerne plus particulièrement un organe de contrôle d'un flux de fluide pour canalisation de fluide, notamment une pompe ou une vanne, comprenant un boîtier abritant un élément mobile de contrôle sélectif d'un passage d'un fluide entre une entrée de fluide située d'un côté amont et une sortie de fluide située d'un côté aval, l'élément mobile de contrôle comprenant un obturateur sélectivement mobile relativement à un siège pour régler le débit de fluide entre l'entrée et la sortie. Le document WO0163436A décrit un procédé d'entretien d'un élément de machine, tel qu'un capteur, une pompe, un moteur, une soupape et/ou analogue. Ce procédé utilise un dispositif de traitement de données portatif pourvu d'un affichage et comprenant au moins une caractéristique de consigne de données à vérifier. Le dispositif permet de consigner des données mesurées pour un élément de machine soumis à un diagnostic (temps de fonctionnement de la machine, la valeur de la pression, de la température et/ou analogue). Ce dispositif ne permet pas de détecter ni d'anticiper des anomalies en dehors du processus d'entretien. Par ailleurs, il est inadapté aux réseaux complexes, notamment les réseaux de tuyauteries de fluide. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, l'invention propose un organe de contrôle d'un flux de fluide, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, essentiellement caractérisé en ce que l'organe de contrôle comprend un dispositif de diagnostic comportant : - un capteur de pression mesurant la pression en amont et/ou en aval de l'élément de contrôle, - un capteur de température, - une logique électronique de contrôle recevant les valeurs mesurées par le capteur de pression et par le capteur de température, - émetteur radio-fréquence commandé par la logique électronique de contrôle, pour envoyer sélectivement des informations relevées par le capteur de pression et/ou par le capteur de température. L'invention concerne notamment un système de contrôle compact, autonome en énergie et peu coûteuse, qui peut être intégré à des vannes, des soupapes, des pompes ou tuyauteries dispensant du fluide. Le système de contrôle permet notamment de fournir des informations (pression, température, débit,...) de manière conditionnelle et/ou cyclique et sans fil vers des applications de maintenance (applications logicielles notamment). L'invention permet de détecter des dysfonctionnements qui pourraient entraîner la défaillance d'une vanne, d'une pompe ou d'une tuyauterie. L'invention permet d'obtenir rapidement une information d'alerte qui permet d'améliorer l'intervention d'une équipe de maintenance avant une panne plus importante. Les informations de pression et de température mesurées par l'organe permettent en particulier à l'organe de corriger les effets de la température sur la pression pour détecter et signaler uniquement des variations de pression résultant d'un dysfonctionnement (et non pas les variations de pression dues à un changement de température). Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le dispositif de diagnostic comprend un dispositif électronique de réception et de stockage d'informations du type RFID relié la logique électronique de contrôle, pour sélectivement recevoir et stocker des informations extérieure via une communication sans fil, - le dispositif de stockage d'information du type RFID est de type émetteur 25 pour émettre sélectivement des informations stockées vers l'extérieur via une communication sans fil, - le dispositif de diagnostic est intégré de façon monobloc dans le boîtier de l'élément de contrôle, - le dispositif de diagnostic est sélectivement détachable par rapport au 30 boîtier intégrant l'élément) de contrôle, - le dispositif de diagnostic comprend une source d'énergie électrique telle qu'une pile pour alimenter au moins la logique électronique de contrôle, - l'émetteur radio-fréquence a une bande de fréquence d'émission comprise entre 300 et 450 MHz, - le signal émis par l'émetteur radio-fréquence est modulé en amplitude (AM) ou en fréquence (FM), - chaque signal radio-fréquence émis par l'émetteur radio-fréquence contient des informations de pression et/ou de température mesurées et un code identifiant la vanne ou l'organe concerné par le signal, - le signal émis contient un certain nombre de bits codant tout ou partie de ces informations. L'invention peut concerner également un réseau de distribution de fluide comprenant une pluralité de conduites véhiculant sélectivement un fluide et au moins une vanne de contrôle sélectif de la circulation du fluide dans au moins une des conduites, la au moins une vanne comprenant au moins un organe de contrôle. L'invention peut concerner également un procédé de surveillance du fonctionnement d'un réseau de distribution de fluide comprenant une pluralité de conduites véhiculant sélectivement un fluide de travail, et au moins une vanne disposée sur au moins une conduite, la au moins une vanne comprenant un boîtier abritant un élément de contrôle sélectif du passage d'un fluide entre une entrée de fluide située d'un côté amont et une sortie de fluide située d'un côté aval, l'élément de contrôle comprenant un obturateur sélectivement mobile relativement à un siège pour régler le débit de fluide entre l'entrée et la sortie, la vanne comprenant un dispositif de diagnostic comportant : - un capteur de pression mesurant la pression en amont et/ou en aval de l'élément de contrôle, - un capteur de temperature, - une logique électronique de contrôle recevant les valeurs mesurées par le capteur de pression et par le capteur de température, - un émetteur radio-fréquence commandé par la logique électronique de contrôle, pour notamment envoyer sélectivement des informations relevées par le capteur de pression et/ou par le capteur de température vers un poste de maintenance, le procédé comprenant : - une étape de relevé des valeurs de pression du fluide mesurées par le capteur de pression à une première fréquence d'échantillonnage déterminée, - une étape d'envoi par l'émetteur radio-fréquence desdites valeurs de pression relevées, - une étape de comparaison desdites valeurs de pression relevées avec un ou des seuils déterminés. Selon d'autres particularités possibles : - le procédé comporte une étape de traitement des valeurs de pression relevées pour déterminer l'un au moins des paramètres suivants : - la variation de pression (dP/dt) au niveau de la vanne en vue de détecter notamment une vanne anormalement passante, - une pression excessive (P>Pmax), - une pression trop faible (P L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue schématique et partielle illustrant un exemple possible de structure et de fonctionnement d'un organe de contrôle d'un flux de fluide selon l'invention, - la figure 2 représente une vue schématique illustrant un exemple de mise en oeuvre de l'invention dans un réseau de distribution de fluide. Un exemple d'organe de contrôle d'un flux de fluide va être décrit en liaison avec la figure 1. Dans la suite de la description, l'organe 1 de contrôle est désigné « vanne ». Il s'agit par exemple d'une vanne d'isolement (à ouverture tout ou rien, ou d'une vanne à ouverture progressive), pour contrôler sélectivement la circulation de fluide dans un circuit de tuyauteries. Bien entendu, l'invention ne doit pas être interprétée limitativement et peut notamment concerner tout autre type d'organe de contrôle d'un flux de fluide, par exemple une pompe, un compresseur ou analogue. La vanne 1 représentée par exemple à la figure 1 comprend un boîtier 5 abritant un élément mobile 4 de contrôle sélectif d'un passage d'un fluide entre une entrée 2 de fluide située d'un côté amont et une sortie 3 de fluide située d'un côté aval. Les entrée 2 et sortie 3 sont destinées à être reliées à un réseau de fluide, par exemple à des tuyauteries. L'élément mobile 4 de contrôle comprend par exemple un obturateur sélectivement mobile relativement à un siège pour interrompre/autoriser/régler le débit de fluide entre l'entrée 2 et la sortie 3. L'élément mobile 4 de contrôle est par exemple un clapet commandé manuellement et/ou automatiquement. Selon une particularité avantageuse, la vanne 1 comprend un dispositif de diagnostic comportant : - un capteur 6 de pression P mesurant la pression en amont et/ou en aval de l'élément 4 de contrôle, - un capteur 7 de temperature T, - une logique électronique 8 de contrôle recevant les valeurs mesurées par le capteur 6 de pression et par le capteur 7 de température, - un émetteur radio-fréquence 9 commandé par la logique électronique 8 de contrôle, pour envoyer sélectivement des informations relevées par le capteur 6 de pression et/ou par le capteur 7 de température. La logique électronique 8 de contrôle est par exemple un microprocesseur ou un microcontrôleur. L'émetteur radio-fréquence 9 a par exemple une bande de fréquence d'émission comprise entre 300 et 450 MHz. Ce signal émis peut ensuite être modulé en amplitude (AM) ou en fréquence (FM). Par exemple, chaque transmission radio-fréquence peut contenir des informations de pression et/ou de température et un code identifiant de la vanne ou l'organe concerné par ces valeurs. De cette façon, il est possible de connaître la vanne ou l'organe émetteur desdites informations. Par exemple, le signal émis contient un certain nombre de bits codant tout ou partie de ces informations (par exemple 15 bits). De préférence, le dispositif de diagnostic comprend également un dispositif 10 électronique de réception et de stockage d'informations du type RFID relié la logique électronique 8 de contrôle, pour sélectivement recevoir et stocker des informations venant de l'extérieur via une communication sans fil. De préférence le dispositif 10 électronique (tel qu'un « tag ») peut également émettre des informations sans fil. Au moins une partie des éléments électroniques 8 peuvent être alimentés par une pile 11. Le dispositif de diagnostic permet ainsi de mesurer, de stocker et de transmettre des informations relatives à la pression et/ou la température et/ou le débit de fluide transitant par la vanne 1. Ce système permet de détecter un éventuel dysfonctionnement de la vanne 1 qui pourrait endommager l'intégralité d'un réseau aval. Ces informations peuvent être transmises vers des applications 13, 113 de maintenance afin de prévenir un opérateur. Un système d'alarme à plusieurs niveaux, selon la gravité du dysfonctionnement, peut notamment être prévu. Dans le cas, par exemple d'une vanne de distribution sélective de fluide dans un réseau, il est possible d'envisager plusieurs particularités. Par exemple, le dispositif de diagnostic peut relever des informations (pression et/ou température notamment) avec un échantillonnage (fréquence d'acquisition fixe ou variable et conditionnelle). Par exemple, la fréquence de relevé des mesures peut être : - une valeur mesurée toutes les deux heures dans le cas d'un fonctionnement dit « normal », - une valeur mesurée toutes les trente minutes dans le cas d'un fonctionnement dit « dégradé », - une valeur mesurée toutes les cinq minutes dans le cas d'un fonctionnement dit « très dégradé ». La fréquence de mesure peut être fonction par exemple des valeurs de pression et/ou de température. Le dispositif de diagnostic peut enregistrer des informations (pression et/ou température notamment), par exemple dans la logique électronique 8. Le dispositif de diagnostic peut transmettre à distance les valeurs relevées avec une fréquence déterminée. Par exemple, les valeurs mesurées sont transmises vers un logiciel de maintenance 13. La fréquence de cette transmission de donnée peut également être fonction des conditions, par exemple : - transmission d'une valeur toutes les 6 heures en cas de fonctionnement dit « normal », - transmission d'une valeur toutes les heures en cas de fonctionnement dit « dégradé », - transmission d'une valeur toutes les cinq minutes en cas de fonctionnement dit « très dégradé ». La fréquence de transmission peut être fonction par exemple des valeurs de pression et/ou de température. Les valeurs de pression et/ou de température peuvent être comparées des seuils. En fonction du résultat, une alerte peut être générée. Par exemple, plusieurs niveaux d'alerte peuvent être mis en place dans une application de maintenance 13. Parmi les paramètres grandeurs physiques surveillées, on peut envisager notamment l'un au moins parmi : - la variation de pression (dP/dt) pour détecter une vanne défaillante (vanne « fuyarde »), - une pression P supérieure à un seuil Pmax pour caractériser une surpression anormale, - une pression P supérieure à un seuil pendant une durée déterminée, - une pression P inférieure à un seuil pendant une durée déterminée, - une température T supérieure à un seuil Tmax, - le nombre de mise à l'air (ouverture d'une vanne vers l'atmosphère), - le nombre de cycles d'ouverture/fermeture de la vanne par rapport à un nombre seuil, pour déclencher une opération de maintenance, - une durée sans maintenance (par exemple en jours), - un état de la pile 11 (la fréquence d'échantillonnage peut également être fonction de l'état de la pile 11 pour préserver la durée d'autonomie de ladite pile 11). L'invention permet d'intégrer à l'organe 1 (vanne par exemple) une fonction de diagnostic miniaturisée et peu coûteuse. Ceci permet une communication sans fil et sécurisée vers une application 13 de maintenance. Une communication bidirectionnelle est prévue de préférence entre la 20 vanne 1 et une application 113 de maintenance (par exemple un lecteur RFID pour permettre de mettre à jour dans les informations stockées : par exemple la dernière opération de maintenance, par quel opérateur...). L'échantillonnage de l'acquisition et de la transmission des données permet de rallonger la durée d'autonomie électrique du dispositif. 25 L'application externe 13, 113 peut être conformée pour visualiser sur un logiciel dédié à la maintenance les différents niveaux d'alarmes en fonction des grandeurs relevées. Ceci permet d'évaluer l'importance du dysfonctionnement éventuel. La vanne 1 peut être vérifiée via un dispositif de type RFID 30 (lecture/écriture). La figure 2 illustre un exemple de réseau de fluide susceptible de mettre en oeuvre l'invention. Plusieurs conduites peuvent être reliées en parallèle à une conduite 22 collectrice amont via des vannes 30, 34, 24 respective. L'une des conduites peut délivrer sélectivement d'un premier fluide (argon par exemple) à partir d'un premier réservoir 18. Une autre conduite est par exemple reliée à un réservoir 20 d'un second fluide (CO2 par exemple). La conduite collectrice 22 amont est reliée à une rampe 38 d'alimentation via deux vannes 40 et 42 disposées en parallèle. Des bornes de remplissages de bouteilles 46, 48, 50 sont reliées en parallèle à la rampe d'alimentation 38 commune via des vannes 52, 54, 56 respectives. Au moins une partie des vannes 30, 34, 24, 52, 54, 56 peuvent être commandées automatiquement à distance par un logique 16 électronique de commande. Des soupapes 82 de mise à l'air peuvent être prévues sur la conduite 22 collectrice amont et/ou sur la rampe 38 d'alimentation. De préférence tout ou parte des vannes 30, 34, 24, 52, 54, 56 est 15 conforme à la vanne 1 selon l'invention (comprenant un dispositif de diagnostic intégré). De cette façon, les dispositifs de diagnostic correspondants permettent de contrôler le fonctionnement du réseau fluidique. Par exemple, la vanne 24 reliée au premier réservoir 18 peut surveiller 20 une température et une pression pour détecter un envahissement de liquide éventuel ou une surpression anormale. Cette vanne 24 peut également détecter le nombre d'ouvertures/fermetures successives (via la variation de pression détectée). Une première vanne 26 d'une paire de vannes reliée au deuxième 25 réservoir 20 peut par exemple mesurer une température pour détecter une surchauffe éventuelle. La seconde vanne 26 de la paire de vannes peut mesurer une pression différentielle entre ses extrémités pour détecter, par exemple, une vanne défectueuse (« fuyarde »). Une vanne 30 de mise à l'air sélectif du réseau peut détecter le nombre d'ouvertures effectuées à partir de la variation de pression 30 observée. Les autres vannes 42, 40, 52, 54, 56 peuvent contrôler les mêmes paramètres, par exemple pour détecter les ouvertures ou les surpressions éventuelles. On conçoit donc que, tout en étant de structure simple et peu coûteuse, l'invention permet de contrôler en temps réel les paramètres de fonctionnement (pression température...) des organes importants d'un réseau (vannes notamment) et de transmettre à distance les informations à un logiciel de maintenance. L'invention permet en particulier d'anticiper et de mieux localiser des pannes. REVENDICATIONS1. Organe de contrôle d'un flux de fluide pour canalisation de fluide, notamment pompe ou vanne, comprenant un boîtier (5) abritant un élément mobile (4) de contrôle sélectif d'un passage d'un fluide entre une entrée (2) de fluide située d'un côté amont et une sortie (3) de fluide située d'un côté aval, l'élément mobile (4) de contrôle comprenant un obturateur sélectivement mobile relativement à un siège pour régler le débit de fluide entre l'entrée (2) et la sortie (3), caractérisé en ce que l'organe (1) de contrôle comprend un dispositif de diagnostic comportant : - un capteur (6) de pression mesurant la pression (P) en amont et/ou en aval de l'élément (4) de contrôle, - un capteur (7) de temperature (T), - une logique électronique (8) de contrôle recevant les valeurs mesurées par le capteur (6) de pression et par le capteur (7) de température, - un émetteur radio-fréquence (9) commandé par la logique électronique (8) de contrôle, pour envoyer sélectivement des informations relevées par le capteur (6) de pression et/ou par le capteur (7) de température. 2. Organe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de diagnostic comprend un dispositif (10) électronique de réception et de stockage d'informations du type RFID relié la logique électronique (8) de contrôle, pour sélectivement recevoir et stocker des informations extérieure via une communication sans fil. 3. Organe selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de stockage d'information du type RFID est de type émetteur pour émettre sélectivement des informations stockées vers l'extérieur via une communication sans fil. 4. Organe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de diagnostic est intégré de façon monobloc dans le boîtier (5) de l'élément (4) de contrôle. 5. Organe selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de diagnostic est sélectivement détachable par rapport au boîtier (5) intégrant l'élément (4) de contrôle. 6. Réseau de distribution de fluide comprenant une pluralité de conduites (22, 38) véhiculant sélectivement un fluide et au moins une vanne (30, 34, 24, 52, 54, 56, 26) de contrôle sélectif de la circulation du fluide dans au moins une des conduites, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un organe (1) de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Procédé de surveillance du fonctionnement d'un réseau de distribution de fluide comprenant une pluralité de conduites (22, 38) véhiculant sélectivement un fluide de travail, et au moins une vanne (30, 34, 24, 52, 54, 56, 26) disposée sur au moins une conduite, la au moins une vanne comprenant un boîtier (5) abritant un élément (4) de contrôle sélectif du passage d'un fluide entre une entrée (2) de fluide située d'un côté amont et une sortie (3) de fluide située d'un côté aval, l'élément (4) de contrôle comprenant un obturateur sélectivement mobile relativement à un siège pour régler le débit de fluide entre l'entrée (2) et la sortie (3), la vanne (1) comprenant un dispositif de diagnostic comportant : - un capteur (6) de pression mesurant la pression en amont et/ou en aval de l'élément (4) de contrôle, - un capteur (7) de temperature, - une logique électronique (8) de contrôle recevant les valeurs mesurées par le capteur (6) de pression et par le capteur (7) de température, - un émetteur radio-fréquence (9) commandé par la logique électronique (8) de contrôle, pour notamment envoyer sélectivement des informations relevées par le capteur (6) de pression et/ou par le capteur (7) de température vers un poste (13) de maintenance, caractérisé en ce que le procédé comprend : - une étape de relevé des valeurs de pression du fluide mesurées par le capteur (6) de pression à une première fréquence d'échantillonnage déterminée, - une étape d'envoi par l'émetteur radio-fréquence (9) desdites valeurs de pression relevées, - une étape de comparaison desdites valeurs de pression relevées avec un ou des seuils déterminés. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de traitement des valeurs de pression relevées pour déterminer l'un au moins des paramètres suivants : - la variation de pression (dP/dt) au niveau de la vanne (1) en vue de détecter notamment une vanne anormalement passante, - une pression excessive (P>Pmax), - une pression trop faible (P 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que qu'il comprend : - une étape de relevé des valeurs de température mesurées par le capteur (7) de température à une seconde fréquence d'échantillonnage déterminée, - une étape d'envoi par l'émetteur radio-fréquence (9) desdites valeurs de température relevées, le procédé comprenant une étape de comparaison desdites valeurs de température relevées avec un ou des seuils déterminés pour détecter un dysfonctionnement. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première et/ou la seconde fréquence d'échantillonnage est variable en fonction notamment des valeurs mesurées de pression et/ou de température. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la vanne comprend un dispositif (10) électronique de réception et de stockage d'informations du type RFID relié la logique électronique (8) de contrôle pour sélectivement recevoir et stocker des informations extérieure via une communication sans fil, et en ce que le procédé comprend une étape de communication de données depuis un poste de maintenance (13, 113) vers ledit dispositif (10) électronique de réception et de stockage.