Brevet FR2990007A1 — publié le 20131101

Procédé et système d'identification et de commande d'une pompe centrifuge Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé et un système d'identification et de commande d'une pompe centrifuge. Etat de la technique Un circuit de pompage dans lequel est incluse une pompe centrifuge est piloté 10 par un système de commande. Ce système de commande comporte un moteur électrique actionnant la pompe centrifuge et commandé par un variateur de vitesse. Le système comporte également une vanne ou un robinet permettant de contrôler le débit dans le circuit de pompage. En fonctionnement normal, la commande de la pompe centrifuge est 15 réalisée à partir de courbes de pompe. Ces courbes de pompe sont définies pour une unique vitesse appelée la vitesse nominale, et représentent la pression en fonction du débit, la puissance mécanique en fonction du débit. Pour une autre vitesse que la vitesse nominale, il existe des lois d'extrapolation dites loi de Rateau pour créer le lien entre les grandeurs du circuit de pompage (Pression, Débit) et les grandeurs 20 mécaniques (Puissance,Vitesse) : Débit = Débit VitesseNominale x (Vitesse / VitesseNominale) Pression = Pression VitesseNominale x (Vitesse / VitesseNominale) 2 Puissance = Puissance VitesseNominale x (Vitesse / VitesseNominale) 3 Les courbes de pompe et les lois d'extrapolation peuvent être déjà 25 mémorisées dans le système ou reconstituées lors d'une phase d'identification. Dans cette phase d'identification, un capteur de pression et un capteur de débit sont employés pour mesurer le débit et la pression du fluide circulant dans le circuit de pompage à chaque vitesse du moteur électrique correspondant à une puissance mécanique fournie à la pompe. Jusqu'ici, la phase d'identification, réalisée à une 30 vitesse nominale, permet une corrélation entre des données de mesure du système, que ce soit les données liées au circuit de pompage (pression, débit) ou les données mécaniques (vitesse, puissance). Les inconvénients connus à l'utilisation de ces données sont de plusieurs ordres : - La captation des différentes grandeurs se fait sans la garantie de synchronisation précise entre ces quatre mesures. Il est connu que l'action d'une vanne ou d'un robinet génère des variations dans le système de pompage. En fonction de la configuration du système de pompage, ces variations peuvent être oscillantes et il est alors difficile de capturer un quadruplet de grandeurs cohérentes entre elles. - Les courbes de pompe sont établies à vitesse nominale en respect d'une norme ISO 9906 annexe A qui requiert une précision de 8%, pouvant se révéler insuffisante pour les activités de contrôle demandées. - En pratique, l'extrapolation réalisée selon des lois théoriques ne permet pas toujours d'obtenir la précision souhaitée. - L'utilisation d'un variateur de vitesse pour contrôler le moteur électrique et ainsi supprimer les mesures mécaniques externes introduit un biais de corrélation entre les données disponibles dans le système de contrôle et d'estimation, i.e. les courbes de pompe, et les données de mesure ou d'estimation disponibles (vitesse estimée, puissance mécanique estimée). Il est en effet connu que, sans capteur de grandeurs mécaniques (position, vitesse, couple ou puissance) et selon le type d'algorithme de contrôle employé, un variateur de vitesse peut s'avérer imprécis dans l'estimation de vitesse et de puissance. Le but de l'invention est de proposer un procédé et un système de commande et d'identification permettant, lors d'une phase dédiée, de s'assurer de la corrélation synchronisée entre les données mécaniques appliquées au moteur électrique disponibles dans le variateur de vitesse et les données du circuit de pompage recueillies par les capteurs externes. Cette corrélation permettra d'estimer avec une très grande précision les grandeurs du circuit de pompage (pression, débit), sans utiliser de capteurs dans le circuit de pompage, indépendamment des données constructeurs, c'est-à-dire des courbes de pompes nominales. La finalité de l'estimation des grandeurs pression et débit peut être soit de diagnostiquer les éléments de mesure, soit de contrôler ou de surveiller le circuit de pompage, sans capteurs de pression et de débit. Exposé de l'invention Ce but est atteint par un procédé de commande d'une pompe centrifuge incluse dans un circuit de pompage commandé par un système de commande, ledit 5 système de commande comportant : un variateur de vitesse et un moteur électrique commandé par le variateur de vitesse de manière à actionner la pompe centrifuge, une mesure ou une estimation par le variateur de vitesse de la puissance mécanique fournie au moteur électrique, 10 une électrovanne destinée à commander le circuit de pompage, un capteur de pression destiné à mesurer la pression du fluide circulant dans le circuit de pompage, un capteur de débit destiné à mesurer le débit du fluide circulant dans le circuit de pompage, 15 une unité de commande et de traitement, ledit procédé comportant une phase d'identification de la pompe centrifuge, mise en oeuvre par l'unité de commande et de traitement, préalablement au fonctionnement normal de ladite pompe centrifuge, ladite phase d'identification comportant : une première étape de sélection d'une vitesse et de commande du 20 variateur de vitesse pour appliquer ladite vitesse au moteur électrique, - une deuxième étape de commande de l'électrovanne sur toute sa plage de fonctionnement à ladite vitesse sélectionnée, - une troisième étape de mesure de la pression et du débit du fluide circulant dans le circuit de pompage ainsi que de la puissance électrique 25 fournie au moteur pour chaque point de fonctionnement de l'électrovanne, une quatrième étape de détermination, pour ladite vitesse sélectionnée, de la courbe de pression en fonction du débit et de la courbe de la puissance fournie en fonction du débit. 30 Selon une particularité, la deuxième étape, la troisième étape et la quatrième étape sont mises en oeuvre pour plusieurs vitesses appliquées au moteur électrique. Selon une autre particularité de l'invention, pour une vitesse sélectionnée, la troisième étape et la quatrième étape sont mises en oeuvre pour chaque point de fonctionnement de l'électrovanne. L'invention concerne également un système de commande d'une pompe centrifuge incluse dans un circuit de pompage, ledit système de commande comportant : - un variateur de vitesse et un moteur électrique commandé par le variateur de vitesse de manière à actionner la pompe centrifuge, - une mesure ou une estimation par le variateur de vitesse de la puissance mécanique fournie au moteur électrique, une électrovanne destinée à commander le circuit de pompage, un capteur de pression destiné à mesurer la pression du fluide circulant dans le circuit de pompage, un capteur de débit destiné à mesurer le débit du fluide circulant dans le circuit de pompage, une unité de commande et de traitement comportant un module d'identification de la pompe centrifuge, activé préalablement au fonctionnement normal de ladite pompe centrifuge, ledit module d'identification comportant : - des moyens de sélection d'une vitesse et des moyens de commande du variateur de vitesse pour appliquer ladite vitesse au moteur électrique, - des moyens de détermination de la puissance fournie au moteur électrique pour ladite vitesse sélectionnée, - des moyens de commande de l'électrovanne sur toute sa plage de fonctionnement à ladite vitesse sélectionnée, - des moyens de récupération des mesures de la pression et du débit du fluide circulant dans le circuit de pompage pour chaque point de fonctionnement de l'électrovanne, - des moyens de détermination, pour ladite vitesse sélectionnée, de la courbe de pression en fonction du débit et de la courbe de la puissance fournie en fonction du débit. Selon une particularité, l'unité de commande et de traitement est incluse dans le variateur de vitesse. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente le circuit de pompage et le système de commande de l'invention, la figure 2 représente la séquence appliquée lors de la phase d'identification de la pompe centrifuge, les figures 3A et 3B représentent respectivement les courbes de pompe pression/débit et les courbes de pompe puissance moteur/débit caractérisées par la séquence de la figure 2. En gras sont notées les courbes de pompe à la vitesse nominale. Description détaillée d'au moins un mode de réalisation Un circuit de pompage comporte une pompe centrifuge 1 commandée par un 15 système de commande. Un tel système de commande comporte un moteur électrique 2 destiné à actionner la pompe centrifuge et un variateur de vitesse 3 destiné à commander ledit moteur électrique. L'architecture d'un variateur de vitesse étant bien connue, elle ne sera pas décrite dans la présente demande. 20 La caractérisation de la pompe centrifuge 1 consiste à mettre en oeuvre une phase d'identification, réalisée préalablement au fonctionnement normal de la pompe dans le circuit de pompage. Cette phase d'identification est réalisée au moins une fois, par exemple avant la première mise en route du circuit de pompage. La phase d'identification de la pompe centrifuge 1 consiste à reconstituer les 25 courbes de pompe pour la vitesse nominale mais également à d'autres vitesses de fonctionnement pour couvrir la plage complète de fonctionnement. Comme représentées sur les figures 3A et 3B, des courbes de pompe définissent, pour chaque vitesse du moteur électrique, la pression (Pf) du fluide circulant dans le circuit de pompage en fonction du débit (Df) du fluide circulant dans le circuit de pompage 30 (figure 3A) et la puissance moteur (Pmot) en fonction du débit (Df) du fluide circulant dans le circuit de pompage (figure 3B). Pour reconstituer les courbes de pompe, le système de commande doit comporter également un capteur de pression 4 destiné à mesurer la pression (Pf) du fluide qui circule dans le circuit de pompage et un capteur de débit 5 destiné à mesurer le débit (Df) du fluide circulant dans le circuit de pompage. Une fois la phase d'identification terminée, ces capteurs ne sont plus utiles et peuvent être retirés. Alternativement, l'actionneur de pompage composé d'un variateur de vitesse et d'une pompe centrifuge identifiée selon la méthode proposée, peut être inséré dans un autre circuit de pompage ne possédant pas de capteurs des grandeurs de pression et débit, et ainsi fournir un contrôle sans capteur du circuit de pompage. Par ailleurs, pour s'assurer de la corrélation entre les données imposées en entrée et les données recueillies en sortie lors de la phase d'identification, le système de commande comporte une unité 30 de commande et de traitement permettant de centraliser la commande et le traitement. Cette unité 30 de commande et de traitement peut être par exemple un automate programmable ou être celle qui est déjà présente dans le variateur de vitesse 3. Dans la suite de la description, on considérera que l'unité 30 de commande et de traitement est incluse dans le variateur de vitesse. L'unité 30 de commande et de traitement comporte un module d'identification des caractéristiques de la pompe centrifuge 1, activé par l'opérateur ou activé automatiquement, par exemple lors de la première mise sous tension du système. Le système de commande de l'invention est représenté sur la figure 1. Sur cette figure 1, le variateur de vitesse 3 est connecté au moteur électrique 2 et le moteur électrique 2 commande la pompe centrifuge 1. Une électrovanne 6, placée sur le circuit de pompage, est commandée directement par l'unité 30 de commande et de traitement. Le capteur de débit 5 et le capteur de pression 4 sont connectés directement à l'unité 30 de commande et de traitement pour lui envoyer leurs données de mesure. Comme représenté sur la figure 2, lorsque le module d'identification est activé, la phase d'identification de la pompe centrifuge 1 débute. Dans une première étape (El ), l'unité 30 de commande et de traitement active des moyens de commande du variateur de vitesse 3 pour appliquer une première vitesse au moteur électrique 2. La vitesse est par exemple choisie dans une plage allant de 30% à 120% de la vitesse nominale. Dans une deuxième étape (E2), pour ladite vitesse sélectionnée, l'unité 30 de commande et de traitement active des moyens de commande de l'électrovanne 6 pour un point de fonctionnement. Puis, dans une troisième étape (E3), pour chaque point de fonctionnement de l'électrovanne 6, l'unité 30 de commande et de traitement enregistre les valeurs fournies par le capteur 4 de pression (Pf) du fluide circulant dans le circuit de pompage et par le capteur 5 de débit (Df) du fluide circulant dans le circuit de pompage et détermine, par mesure ou par estimation, la puissance (PMot) fournie par le variateur de vitesse 3. Toutes ces données de mesure sont envoyées à l'unité 30 de commande et de traitement, qui les enregistre dans des moyens de mémorisation (étape E4). L'unité 30 de commande et de traitement recommence les mêmes opérations pour une nouvelle vitesse à appliquer au moteur électrique 2, ceci jusqu'à balayer l'ensemble des vitesses. A partir des données recueillies, l'unité 30 de commande et de traitement active des moyens de détermination des courbes de pompe. Une fois que toutes les données ont été recueillies, l'unité 30 de commande et de traitement établit chaque courbe de pompe afin de couvrir plusieurs cas d'utilisation possibles : Les courbes de pompe, à différentes vitesses, peuvent être employées lors du fonctionnement normal du circuit de pompage. Un principe d'interpolation peut être utilisé pour estimer le débit et la pression pour une vitesse intermédiaire à deux courbes. Le même principe peut aussi être appliqué si uniquement deux courbes sont acquises pour la valeur de vitesse nominale et une valeur de vitesse minimale. Un autre principe peut être de stocker uniquement la courbe correspondant à la vitesse nominale et de calculer des coefficients d'ajustement des lois d'affinité à partir des autres courbes de pompe mesurées pour des vitesses inférieures. Quel que soit le principe d'utilisation des courbes de pompe, il est possible d'employer ces dites courbes pour estimer la pression et le débit lors du fonctionnement normal du circuit de pompage lorsque les capteurs de pression et de débit ne sont pas présents. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'une pompe centrifuge (1) incluse dans un circuit de pompage commandé par un système de commande, ledit système de commande comportant : un variateur de vitesse (3) et un moteur électrique (2) commandé par le variateur de vitesse de manière à actionner la pompe centrifuge, une mesure ou une estimation par le variateur de vitesse de la puissance mécanique fournie au moteur électrique, une électrovanne (6) destinée à commander le circuit de pompage, un capteur de pression (4) destiné à mesurer la pression du fluide circulant dans le circuit de pompage, un capteur de débit (5) destiné à mesurer le débit du fluide circulant dans le circuit de pompage, une unité (30) de commande et de traitement, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte une phase d'identification de la pompe centrifuge (1), mise en oeuvre par l'unité (30) de commande et de traitement, préalablement au fonctionnement normal de ladite pompe centrifuge, ladite phase d'identification comportant : une première étape de sélection d'une vitesse et de commande du variateur de vitesse (3) pour appliquer ladite vitesse au moteur électrique (2), - une deuxième étape de commande de l'électrovanne (6) sur toute sa plage de fonctionnement à ladite vitesse sélectionnée, - une troisième étape de mesure de la pression et du débit du fluide circulant dans le circuit de pompage ainsi que de la puissance électrique fournie au moteur pour chaque point de fonctionnement de l'électrovanne (6), une quatrième étape de détermination, pour ladite vitesse sélectionnée, de la courbe de pression en fonction du débit et de la courbe de la puissance fournie en fonction du débit. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième étape, la troisième étape et la quatrième étape sont mises en oeuvre pour plusieurs vitesses appliquées au moteur électrique (2). 3. Procédé de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour une vitesse sélectionnée, la troisième étape et la quatrième étape sont mises en oeuvre pour chaque point de fonctionnement de l'électrovanne (6). 4. Système de commande d'une pompe centrifuge (1) incluse dans un circuit de pompage, ledit système de commande comportant : un variateur de vitesse (3) et un moteur électrique (2) commandé par le variateur de vitesse de manière à actionner la pompe centrifuge (1), une mesure ou une estimation par le variateur de vitesse de la puissance mécanique fournie au moteur électrique, une électrovanne (6) destinée à commander le circuit de pompage, un capteur de pression (4) destiné à mesurer la pression du fluide circulant dans le circuit de pompage, un capteur de débit (5) destiné à mesurer le débit du fluide circulant dans le circuit de pompage, une unité (30) de commande et de traitement, ledit système étant caractérisé en ce que l'unité (30) de commande et de traitement comporte un module d'identification de la pompe centrifuge, activé préalablement au fonctionnement normal de ladite pompe centrifuge, et en ce que ledit module d'identification comporte : des moyens de sélection d'une vitesse et des moyens de commande du variateur de vitesse (3) pour appliquer ladite vitesse au moteur électrique (2), - des moyens de détermination de la puissance fournie au moteur électrique (2) pour ladite vitesse sélectionnée, - des moyens de commande de l'électrovanne (6) sur toute sa plage de fonctionnement à ladite vitesse sélectionnée, - des moyens de récupération des mesures de la pression et du débit du fluide circulant dans le circuit de pompage pour chaque point de fonctionnement de l'électrovanne (6),des moyens de détermination, pour ladite vitesse sélectionnée, de la courbe de pression en fonction du débit et de la courbe de la puissance fournie en fonction du débit. 5. Système de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'unité (30) de commande et de traitement est incluse dans le variateur de vitesse (3).