Brevet FR2965313A1 — publié le 20120330

L'invention est relative à un procédé de commande d'un moyen d'entraînement relié mécaniquement à une pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif. L'invention est également relative à un dispositif de commande d'un moyen 5 d'entraînement relié mécaniquement à une pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif. L'invention est enfin relative à un moyen d'entraînement relié mécaniquement à une pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif. On connaît des pompes à liquides ou produits pâteux à mouvement linéaire 10 alternatif reliées mécaniquement à des systèmes de commande à moteur électrique. Une telle pompe linéaire est entraînée sur une course prédéterminée, au bout de laquelle le sens de déplacement est inversé, et elle est entraînée dans le sens opposé sur la même course prédéterminée. Le déplacement du piston de la pompe peut être inversé d'un sens d'expulsion du composant à un sens d'aspiration et d'expulsion du 15 composant et vice versa. Le circuit de la pompe comprend un clapet d'aspiration et un clapet de refoulement associés à la pompe. L'inversion de sens de déplacement de la pompe provoque une brusque chute de pression suivie immédiatement d'une pointe de pression de l'écoulement du liquide ou produit pâteux débité par la pompe. Lors de l'inversion du sens de 20 déplacement de la pompe, les clapets de retenue de liquide ou produit pâteux dans une pompe à mouvement alternatif peuvent également contribuer aux variations de pression qui apparaissent durant l'inversion. On connaît des systèmes d'entraînement à moteur électrique de pompes à mouvement alternatif linéaire comportant des commandes électriques pour réguler la 25 vitesse d'entraînement du moteur en fonction de la pression ou du débit de liquide ou de produit pâteux, avec des moyens électriques de coupure pour déconnecter l'énergie électrique du moteur lorsque l'on rencontre des conditions de pression bloquée. L'effet d'inversion est cependant amplifié par l'inertie d'un dispositif 30 d'entraînement à moteur électrique relié mécaniquement à une pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif, en engendrant une chute de pression plus longue et une pointe de pression plus élevée durant l'inversion. Un premier but de l'invention est de perfectionner l'état de la technique connue, en proposant un nouveau procédé de commande d'un moyen d'entraînement 5 relié mécaniquement à une pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif. Un deuxième but de l'invention est de proposer un nouveau dispositif de commande d'un moyen d'entraînement relié mécaniquement à une pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif. Un troisième but de l'invention est de proposer un nouveau moyen 10 d'entraînement relié mécaniquement à une pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif. L'invention a pour objet un procédé de commande d'un moyen d'entraînement relié mécaniquement à une pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif, comportant les étapes suivantes : 15 a) Utiliser une commande par régulation de vitesse pendant les phases de montée ou de descente du piston. b) Utiliser une commande par régulation de couple immédiatement après l'inversion de sens de déplacement, de manière à obtenir un débit de liquide ou produit pâteux pompé sensiblement constant, tout en réduisant les pulsations de 20 pression lors du fonctionnement de la pompe. Selon d'autres caractéristiques alternatives de l'invention : - On enregistre le couple pendant les phases de montée ou de descente du piston, pour en déduire la consigne de couple de la commande de régulation de couple après une inversion suivante. 25 - On accélère le déplacement du moyen d'entraînement après inversion du sens de déplacement. - On passe d'une commande par régulation de couple à une commande par régulation de vitesse lorsqu'un paramètre physique dépasse une valeur représentative d'une valeur de couple. - Le paramètre physique représentatif d'une valeur de couple peut être une pression mesurée de liquide ou produit pâteux débité par la pompe à double effet et à mouvement linéaire alternatif. L'invention a également pour objet un dispositif de commande d'un moyen d'entraînement relié mécaniquement à une pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif, comportant des moyens pour utiliser une commande par régulation de vitesse pendant les phases de montée ou de descente du piston, des moyens pour utiliser pour utiliser une commande par régulation de couple immédiatement après l'inversion de sens de déplacement, des moyens pour mesurer un paramètre physique représentatif d'une valeur de couple ou pour enregistrer le couple pendant les phases de montée ou de descente du piston, et des moyens pour accélérer le moyen d'entraînement après inversion du sens de déplacement. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens pour mesurer un paramètre physique représentatif d'une valeur de couple comportent un capteur de pression de liquide ou produit pâteux débité par la pompe à double effet et à mouvement linéaire alternatif. L'invention a enfin pour objet un moyen d'entraînement relié mécaniquement à une pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif comportant un motoréducteur avec codeur relié à un moyen de transmission mécanique couplé à une pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif, et un capteur de pression de liquide ou produit pâteux débité par la pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif. Selon d'autres caractéristiques alternatives de l'invention : - Les moyens de transmission mécanique comportent une vis à rouleau ou une 25 vis à bille transformant le mouvement circulaire du motoréducteur en un mouvement linéaire transmis à la pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif. - Le moyen d'entraînement comporte un contrôleur commandant la rotation du moteur dans un sens ou dans l'autre en fonction de la position du moteur indiquée par le codeur et assurant une régulation de vitesse pendant les phases de déplacement 30 dans un seul sens et une régulation de couple immédiatement après l'inversion de sens, ainsi qu'un moyen de mémorisation du couple de fonctionnement du moteur pendant les phases de déplacement dans un seul sens. L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un organigramme d'un procédé de commande selon l'invention ; - la figure 2 représente schématiquement un chronogramme correspondant aux étapes du procédé de commande selon l'invention décrit en référence à la figure 1 ; - la figure 3 représente schématiquement un diagramme représentatif d'un moyen d'entraînement selon l'invention. En référence à la figure 1, un procédé de commande d'un moyen d'entraînement relié mécaniquement à une pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif comporte des étapes 100 à 119 et 201 à 203. À l'étape 100, le procédé débute par une étape de démarrage d'un cycle de fonctionnement. À l'étape 101, le procédé continue par une étape 102 d'acquisition d'une valeur de consigne de débit entrée par un opérateur dans une interface homme/machine et convertie en consigne de vitesse absolue pour réguler en régulation de vitesse les phases de déplacement dans un seul sens d'un moteur électrique d'entraînement. À l'étape 102, la rotation du moteur électrique s'effectue en régulation de vitesse dans un seul sens, en étant transformée en déplacement linéaire, par exemple en déplacement de descente du piston d'une pompe à double effet reliée mécaniquement au moteur électrique. Pendant cette étape 102, le couple du moteur électrique est enregistré dans une étape masquée 202 dans une interface homme/machine ou un autre moyen de mémorisation. À l'étape 103, un test est effectué pour détecter l'approche d'une position 30 basse ou d'une position de fin de course de déplacement. Si aucun changement de débit n'est à effectuer, le procédé boucle à l'étape 102 après vérification à l'étape 118 du maintien de la consigne de débit ou de vitesse. Si un changement de consigne de débit ou de vitesse est détecté à l'étape 118, cette nouvelle consigne de débit ou de vitesse est acquise et une adaptation du couple correspondant est effectuée à l'étape 119 par un contrôleur de commande du moteur électrique. Le procédé boucle ensuite avec ces nouvelles valeurs de consigne et de couple à l'étape 102. En cas de position basse ou de fin de course détectée à l'étape 103, on passe à l'étape 104 à une étape de décélération en rotation du moteur électrique, puis à l'étape 105 à une inversion de sens de rotation du moteur électrique correspondant à une inversion du sens de déplacement linéaire de la pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif. À l'étape 106, immédiatement après l'inversion de sens de déplacement de la pompe et de rotation du moteur électrique, une accélération est effectuée en régulation de couple pour compenser la chute de pression du liquide ou produit pâteux débité provoquée par l'inversion de sens. Cette régulation de couple à l'inversion permet ainsi d'obtenir un débit constant et d'effectuer une meilleure recompression, par exemple en déplacement de montée du piston de la pompe à double effet reliée mécaniquement au moteur électrique. La régulation de couple est effectuée en boucle fermée en utilisant avantageusement comme paramètre de retour la pression du liquide ou produit pâteux débité, car une corrélation entre le couple moteur et la pression du liquide ou du produit pâteux débité permet d'utiliser la pression du liquide ou produit pâteux débité comme paramètre physique représentatif du couple moteur. Grâce à cette corrélation, on peut simuler ou remplacer la mesure en continu du couple par une mesure en continu de la pression du liquide ou produit pâteux débité pendant la phase de déplacement dans un seul sens. On utilise les valeurs enregistrées de couple moteur ou de pression de liquide ou produit pâteux débité lors d'une étape 203 de déplacement du cycle précédent dans un seul sens, par exemple en déplacement de montée du piston de la pompe à double effet reliée mécaniquement au moteur électrique, pour valeur de consigne de la régulation de couple à l'étape 107. À l'étape 108, lorsque la pression à la sortie de la pompe devient égale ou supérieure à la pression mesurée lors du déplacement dans un seul sens de l'étape précédente, ou lorsque le couple moteur dépasse le couple mesuré dans le déplacement dans un seul sens lors d'une étape 203 de déplacement du cycle précédent dans un seul sens, par exemple en déplacement de montée, on passe à l'étape 109 et on passe en régulation de vitesse. Si cette valeur n'est pas atteinte, l'étape 108 boucle à l'étape 107 jusqu'à ce 10 que la ou les valeurs correspondantes soient atteintes. À l'étape 109, le déplacement de la pompe s'effectue dans un seul sens de déplacement, par exemple en déplacement de montée, jusqu'à ce qu'une position haute ou de fin de course soit détectée à l'étape 110. Tant que cette position haute ou de fin de course n'est pas détectée à 15 l'étape 110, le procédé boucle à l'étape 109 en passant par une phase de test 116 de changement de valeur de consigne de débit de produit liquide ou pâteux, et éventuellement par une étape 117 d'acquisition d'une nouvelle valeur de consigne transformée en vitesse de moteur avec adaptation du couple correspondant. Lorsque que cette position haute ou de fin de course n'est pas détectée à 20 l'étape 110, le procédé continue à l'étape 111 de décélération et d'arrêt du moteur. Le procédé continue ensuite à l'étape 112 par une inversion de sens, en passant immédiatement après l'inversion en régulation de couple du moteur, et à l'étape 113 par une accélération de compensation de la chute de pression en régulation de couple moteur. 25 À l'étape 114, la régulation de couple est effectuée en utilisant la consigne enregistrée pendant le déplacement dans un seul sens lors d'une étape 202 précédente de déplacement du précédent cycle dans un seul sens, par exemple en déplacement de descente, cette consigne pouvant être une valeur directe de couple moteur ou une valeur de couple moteur obtenue par transformation d'un paramètre physique 30 représentatif tel que la pression de liquide ou produit pâteux débité par la pompe. Un test est effectué à l'étape 115 pour détecter le dépassement de la valeur de couple moteur par rapport à la valeur enregistrée lors d'une étape 202 précédente de déplacement du précédent cycle dans un seul sens, par exemple en déplacement de descente. Si le test est négatif, le procédé boucle à l'étape 114. Si le test est positif, le procédé boucle à l'étape 102, pour commencer un nouveau cycle. Les enregistrements aux étapes 202 et 203 des couples de montée et de descente ou des valeurs de paramètres représentatifs, du genre pression de liquide ou produit pâteux débité ou équivalent, s'effectuent respectivement pendant les commandes en régulation de vitesse selon un seul sens de déplacement décrites aux étapes 102 de descente et 109 de montée. Les étapes d'enregistrement 202 et 203 permettent de mémoriser les valeurs de couple de montée ou de couple de descente, tout en vérifiant si leurs variations d'un cycle à l'autre sont anormales. Avantageusement, l'étape 201 effectuée par l'opérateur et les étapes 202 et 203 consultables par l'opérateur se déroulent sur une interface homme/machine faisant partie d'un dispositif selon l'invention de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention. Le cycle représentatif d'un procédé selon l'invention peut être arrêté à tout moment sur action de l'opérateur. Les régulations de vitesse sont effectives, dés introduction d'une consigne de débit par l'opérateur sur l'interface homme/machine, convertie en consigne de vitesse absolue à une étape 101. Les accélérations et décélérations peuvent être réglées dans certaines limites de sécurité par l'opérateur directement sur l'interface homme/machine. Grâce à l'invention, il est possible de réduire les pulsations de pression engendrées par l'inversion de sens en utilisant un seul capteur de pression permettant d'adapter le couple moteur en effectuant une accélération et une décélération directement immédiatement après l'inversion de sens, pour compenser les pulsations de pression et obtenir un débit de liquide ou produit pâteux pratiquement constant. La corrélation directe entre couple moteur et pression mesurée permet d'obtenir un débit constant de produit dans une large gamme de produits et de débits. L'invention permet ainsi d'obtenir un procédé « auto-adaptatif », permettant de s'adapter aux changements de matière, de viscosité, de température, et aux 5 changements de rythme, de fréquence, de débit et d'autres paramètres physiques ou mécaniques. Sur la figure 2, un chronogramme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention décrite en référence à la figure 1 comporte cinq courbes d'évolution des mesures en fonction du temps : 10 - de la pression P du liquide ou produit pâteux, - de la vitesse V de déplacement linéaire de la pompe, - du couple C du moteur d'entraînement - et du débit D du produit liquide ou pâteux débité par la pompe à double effet à mouvement linéaire alternatif entraînée grâce au procédé de 15 commande selon l'invention. Le chronogramme correspond à un cycle débutant par un intervalle de temps di, continuant par un intervalle de temps dz, puis par un intervalle de temps d3, puis par un intervalle de temps d4, et enfin par un intervalle de temps ds correspondant au 20 début de l'intervalle de temps di d'un cycle suivant. L'intervalle de temps di correspond au refoulement du produit dans le sens de la descente et aux étapes de fonctionnement 102 et 103, pendant lesquelles le moteur d'entraînement est commandé en régulation de vitesse. L'intervalle de temps dz correspond à une commande de régulation de couple 25 et aux étapes 106 et 107 du procédé décrit en référence à la figure 1. L'intervalle de temps d3 correspond à un déplacement dans le sens opposé, de la montée, c'est-à-dire au gavage et au refoulement de liquide ou produit pâteux et aux étapes 108 et 109 correspondant à une commande en régulation de vitesse. L'intervalle de temps d4 correspond à une décélération, à un arrêt du moteur à une inversion de sens, et à une commande en régulation de couple, pendant les étapes 111 à 114 du procédé décrit en référence à la figure 1. L'intervalle de temps ds correspond aux étapes de fonctionnement 102 et 103 d'un cycle suivant de procédé décrit en référence à la figure 1. Grâce à l'invention, les variations de couple du moteur d'entraînement permettent la compensation des pulsations de pression dues à l'inversion du sens de déplacement de la pompe à double effet et permettent ainsi d'obtenir un débit pratiquement constant, dont les variations négligeables éventuelles ne sont pas perceptibles lors des essais effectués. L'utilisation de la pression de liquide ou de produit pâteux débité comme paramètre physique représentatif d'une valeur de couple est particulièrement avantageuse en simplifiant les dispositifs de commande selon l'invention et en permettant un contrôle continu en temps réel du liquide ou produit pâteux débité par la pompe à double effet et à mouvement linéaire alternatif entraînée par le moyen d'entraînement commandé grâce à l'invention. Un unique capteur de pression du produit liquide ou pâteux débité par la pompe permet de contrôler en permanence la corrélation entre couple du moteur électrique et valeur de la pression de liquide ou produit pâteux débité. Sur la figure 3, un diagramme fonctionnel d'un dispositif selon l'invention comporte un moyen d'entraînement inclus dans un dispositif schématisé par le cadre (1) en traits interrompus , une pompe (2) reliée à un bac (3) de produit par une canalisation appropriée et un pistolet (4) d'extrusion relié par une canalisation (5) à la pompe (2). La pompe (2) est entraînée mécaniquement par un moteur ou motoréducteur (10), par l'intermédiaire d'une vis à billes, d'une vis à rouleaux ou de tout autre moyen de transmission apte à transformer un mouvement rotatif en un mouvement linéaire. Le moteur ou motoréducteur (10) intègre de préférence un codeur (11) définissant à chaque instant la position du rotor du moteur électrique, et permettant ainsi de programmer les cycles de marche dans un sens, dans un autre sens ou d'inversion de sens ou encore d'arrêt de fonctionnement du moteur électrique et par conséquent de la pompe (2) à double effet à déplacement linéaire alternatif. Le codeur (11) transmet à un contrôleur (12) les informations relatives au moteur (10), de manière à en commander le fonctionnement pendant toutes les étapes d'un procédé selon l'invention. Le contrôleur (12) est relié à une interface homme/machine (13) permettant d'affecter des ordres de marche et d'arrêt des cycles de fonctionnement, de transmettre des consignes et des paramètres définis par un opérateur et d'enregistrer ou de mémoriser les informations relatives au fonctionnement du moteur, en particulier d'enregistrer le couple du moteur électrique (10) lors des fonctionnements en cycle. A cet effet, le moteur (10) électrique est relié de préférence au contrôleur (12) pour transmettre les informations relatives aux caractéristiques de vitesse, de couple, d'intensité, et autres variables de fonctionnement du moteur. Un capteur (14) de pression du produit liquide ou pâteux débité par la pompe (2) est avantageusement relié au contrôleur (12), pour appliquer en permanence la corrélation entre couple du moteur électrique (10) et la valeur de la pression de liquide ou produit pâteux débité. Lorsque le moteur électrique ou motoréducteur (10) entraîne en rotation un moyen de transmission mécanique tel qu'une vis à billes ou à rouleaux, le piston de la pompe (2) se déplace selon un mouvement linéaire produit par le moyen de transmission mécanique, pour pomper le produit liquide ou pâteux à partir du réservoir (3) jusqu'au pistolet d'extrusion (4). Lors du pompage du liquide ou produit pâteux, l'opérateur peut introduire et contrôler en permanence sur l'écran de l'interface homme/machine (13) les ordres de marche et d'arrêt des cycles de fonctionnement, les consignes et les paramètres prédéfinis ou intégrés aux cycles de fonctionnement, tout en vérifiant le bon fonctionnement du moteur et en visualisant le type de commande : en régulation de vitesse, ou en régulation de couple, effectuée instantanément par le contrôleur (12). Ce contrôleur (12) réalise le cycle d'aller-retour du piston de la pompe à double effet en fonction des mouvements de rotation du moteur. Le contrôleur (12) est programmé pour effectuer la régulation de vitesse pendant les phases de déplacement linéaire dans un seul sens et pour effectuer la régulation de couple immédiatement après les inversions de sens de rotation. Le contrôleur (12) adapte automatiquement le couple nécessaire pour obtenir un débit constant de liquide ou produit pâteux débité. Des entrées et sorties de type connu permettent d'assurer la continuité de la commande, de surveiller le fonctionnement du moteur et d'assurer la sécurité en limitant le fonctionnement du moteur à une plage autorisée de paramètres. L'invention, décrite en référence à un mode de réalisation particulier, ne lui 10 est nullement limitée, mais couvre au contraire toute modification de forme et toute variante de réalisation dans le cadre et l'esprit de l'invention. En particulier, le contrôleur (12) peut être remplacé par un contrôleur simplifié permettant d'effectuer une régulation de vitesse et une régulation de couple en utilisant uniquement comme paramètre de retour la pression de liquide ou produit 15 pâteux débité, cette pression étant mesurée par un seul capteur de pression (14). Grâce à l'invention, la régulation de couple en boucle fermée est en effet considérablement améliorée en utilisant la pression de liquide ou produit pâteux comme paramètre de retour. La précision de mesure de la pression de liquide ou produit pâteux est en effet 20 plus fiable que la précision de mesure du couple moteur et fournit un paramètre représentatif du couple moteur, quelle que soit la matière à débiter par la pompe, sa viscosité, sa température ou ses autres paramètres physiques. La pression utilisée comme paramètre de retour permet ainsi d'obtenir grâce à l'invention une auto-adaptation du fonctionnement en vue de garantir un débit moyen constant de liquide 25 ou produit pâteux débité. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un moyen d'entraînement relié mécaniquement à une pompe (2) à double effet à mouvement linéaire alternatif, comportant les étapes suivantes : a) utiliser une commande par régulation de vitesse pendant les phases de déplacement dans un seul sens, montée (109) ou descente (102), du piston. b) utiliser une commande par régulation de couple immédiatement après l'inversion (107, 114) de sens de déplacement, de manière à obtenir un débit de liquide ou produit pâteux pompé sensiblement 10 constant, tout en réduisant les pulsations de pression lors du fonctiomiement de la pompe. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel on enregistre le couple pendant les phases de déplacement dans un seul sens, montée ou descente, du piston, pour en déduire la consigne de couple de la commande de régulation de couple d'une phase d'inversion suivante. 15 3. Procédé de commande selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on accélère le déplacement du moyen d'entraînement après inversion du sens de déplacement. 4. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on passe d'une commande par régulation de couple à une commande par régulation de vitesse lorsqu'un paramètre physique dépasse une valeur représentative d'une valeur de 20 couple. 5. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un paramètre physique représentatif d'une valeur de couple est une pression mesurée de liquide ou produit pâteux débité par la pompe à double effet et à mouvement linéaire alternatif 25 6. Dispositif de commande d'un moyen d'entraînement relié mécaniquement à une pompe (2) à double effet à mouvement linéaire alternatif, comportant des moyens (12) pour utiliser une commande par régulation de vitesse pendant les phases de déplacement dans unseul sens, montée ou descente, du piston, des moyens pour utiliser une commande par régulation de couple immédiatement après l'inversion de sens de déplacement, des moyens (14) pour mesurer un paramètre physique représentatif d'une valeur de couple ou/et pour enregistrer le couple pendant les phases de montée ou de descente du piston, et des moyens (10, 11) pour accélérer le moyen d'entraînement après inversion du sens de déplacement. 7. Dispositif de commande selon la revendication 6, dans lequel les moyens pour mesurer un paramètre physique représentatif d'une valeur de couple comportent un capteur (14) de pression de liquide ou produit pâteux débité par la pompe à double effet et à mouvement linéaire alternatif 8. Moyen (10-14) d'entraînement pour la mise en eeuvre d'un procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, relié mécaniquement à une pompe (2) à double effet à mouvement linéaire alternatif comportant un motoréducteur (10) avec codeur (Il) relié à un moyen de transmission mécanique couplé à une pompe (2) à double effet à mouvement linéaire alternatif, et un capteur (14) de pression de liquide ou produit pâteux débité par la pompe (2) à double effet à mouvement linéaire alternatif 9. Moyen (10-14) d'entraînement selon la revendication 8, dans lequel les moyens de transmission mécanique comportent une vis à rouleaux ou une vis à billes transformant le mouvement circulaire du motoréducteur en un mouvement linéaire transmis à la pompe (2) à double effet à mouvement linéaire alternatif. 10. Moyen (10-14) d'entraînement selon la revendication 8 ou la revendication 9, dans lequel le moyen d'entraînement comporte un contrôleur (12) commandant la rotation du moteur (10) dans un sens ou dans l'autre en fonction de la position du moteur (10) indiquée par le codeur (11) et assurant une régulation de vitesse pendant les phases de déplacement dans un seul sens et une régulation de couple immédiatement après l'inversion de sens, ainsi qu'un moyen (13) de mémorisation d'un paramètre physique représentatif du couple de fonctionnement du moteur (10) pendant les phases de déplacement dans un seul sens.