Brevet FR2999663A1 — publié le 20140620

Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de commande pour système multipompes. Etat de la technique Un système multipompes comporte au moins deux pompes, au moins l'une de ces deux pompes étant à vitesse variable contrôlée en vitesse par un variateur de vitesse et l'autre à vitesse fixe ou à vitesse variable. Dans le système multipompes, les deux pompes sont connectées en parallèle à un même conduit d'entrée et leurs sorties se rejoignent dans un conduit de sortie commun. Certaines solutions de commande d'un système multipompes nécessitent une mesure de débit total sur le conduit de sortie. Pour mesurer ce débit, les solutions actuelles emploient un débitmètre ou utilisent des méthodes peu satisfaisantes. Un besoin existe donc aujourd'hui de pouvoir estimer de manière simple, avec un minimum de capteurs, le débit total d'un fluide circulant dans le conduit de sortie du système multipompes. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de commande mis en oeuvre dans une unité de traitement, permettant de pouvoir déterminer le débit total d'un fluide circulant à travers le conduit de sortie, sans l'emploi d'un débitmètre, ce procédé étant simple à mettre en oeuvre et ne nécessitant qu'un minimum de capteurs. Exposé de l'invention Ce but est atteint par un procédé de commande mis en oeuvre dans une unité de traitement employée dans la commande d'un système multipompes, ledit système multipompes comprenant un conduit d'entrée destiné à recevoir un fluide, deux pompes connectées en parallèle audit conduit d'entrée et un conduit de sortie relié aux sorties des deux pompes, au moins l'une des deux pompes étant commandée par un variateur de vitesse, ledit procédé étant destiné à déterminer le débit total total) (0 1 du fluide sur ledit - conduit de sortie, chaque pompe étant définie par une courbe caractéristique débit-hauteur manométrique à vitesse maximale, le procédé de commande comportant les étapes suivantes : détermination d'une première expression de la hauteur manométrique du système multipompes à partir des caractéristiques du système multipompes, lesdites caractéristiques du système étant : 2 2999663 la pression du fluide, mesurée à un premier point de mesure situé sur le conduit de sortie, la pression du fluide, mesurée à un deuxième point de mesure situé sur le conduit d'entrée, 5 le diamètre du conduit de sortie au premier point de mesure, le diamètre du conduit d'entrée au deuxième point de mesure, la différence de hauteur entre le premier point de mesure et le deuxième point de mesure. 10 Selon une particularité de l'invention, le procédé comporte une étape de détermination de la hauteur manométrique du système multipompes à partir de la première expression de la hauteur manométrique du système multipompes et du débit total injecté en tant que paramètre de rétroaction. Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de détermination 15 d'une valeur de débit de chaque pompe à partir de la courbe caractéristique débit-hauteur manométrique de chaque pompe, extrapolée à la vitesse de chaque pompe, et de la hauteur manométrique déterminée. Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de détermination du débit total du fluide à travers le conduit de sortie du système multipompes à partir des 20 valeurs de débit déterminées pour chaque pompe. Selon une autre particularité, la vitesse de la pompe contrôlée par le variateur de vitesse est déterminée à partir d'une référence de vitesse injectée dans une boucle de régulation ou d'une mesure de vitesse. Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de détermination 25 d'une deuxième expression de la hauteur manométrique du système multipompes en fonction du débit total. Le procédé comporte ensuite une étape de détermination du débit total du fluide à travers le conduit de sortie à partir de la première expression de la hauteur manométrique et de la deuxième expression de la hauteur manométrique. Selon une autre particularité, la deuxième expression de la hauteur manométrique 30 est déterminée à partir de la vitesse de chaque pompe, et de la courbe caractéristique débit- hauteur manométrique à vitesse maximale de chaque pompe. Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de détermination de la hauteur manométrique du système multipompes à partir de la première expression de la hauteur manométrique et de la deuxième expression de la hauteur manométrique. Selon une autre particularité, pour chaque pompe, il comporte une étape de détermination du débit en sortie de la pompe à partir de la hauteur manométrique 3 2999663 déterminée et de la courbe caractéristique débit-hauteur manométrique de la pompe, extrapolée à la vitesse de la pompe. Selon une autre particularité, la vitesse de la pompe contrôlée par le variateur de vitesse est déterminée à partir de la référence de vitesse injectée dans une boucle de 5 régulation ou d'une mesure de vitesse. L'invention concerne également un variateur de vitesse comportant une unité de traitement agencée pour mettre en oeuvre le procédé de commande tel que défini ci-dessus. Brève description des figures 10 D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés listés ci-dessous : la figure 1 représente un système multipompes, l'une des pompes étant commandée par un variateur de vitesse, la figure 2 illustre, de manière schématique, le principe de fonctionnement du 15 procédé de commande de l'invention, selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 illustre, de manière schématique, le principe de fonctionnement du procédé de commande de l'invention, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. 20 Description détaillée d'au moins un mode de réalisation En référence à la figure 1, un système multipompes comporte au moins deux pompes Pl, P2 connectées en parallèle. Chaque pompe est par exemple de type centrifuge et est destiné à aspirer un fluide par une entrée et à le refouler par une sortie. Une pompe 25 peut être à vitesse variable (P1), contrôlée par un variateur de vitesse VSD, ou à vitesse fixe (P2) commandée par un simple démarreur ST. Dans un système multipompes, au moins l'une des deux pompes est à vitesse variable, tandis que l'autre peut être à vitesse variable ou à vitesse fixe. Dans la suite de la description, nous considérerons un système multipompes à 30 seulement deux pompes Pl, P2 (désignées P, de manière générale). Bien entendu, l'invention peut tout à fait s'appliquer à un système comportant plus de deux pompes. Dans le système multipompes, les deux pompes Pl, P2 employées sont reliées en parallèle. Elles sont alimentées par un réseau de distribution électrique RD. Ainsi, le système comporte un conduit d'entrée IN commun joignant les entrées des deux pompes Pl, 4 2999663 P2 et un conduit de sortie OUT commun joignant les sorties des deux pompes Pl, P2. La pompe P1 est commandée par un variateur de vitesse VSD. Le système multipompes comporte également un premier capteur de pression placé sur le conduit d'entrée, afin de mesurer la pression PIN du fluide en entrée et un 5 second capteur de pression placé sur le conduit de sortie afin de mesurer la pression Pow- du fluide en sortie. Par ailleurs, de manière connue, chaque pompe Pl, P2 est définie par une courbe caractéristique de pompe (HO ée de manière générale HO -curve 1, HQcurve 2 désign -curve n)- Cette courbe illustre la relation existant entre la hauteur manométrique H de la pompe et son débit 10 volumique Q à vitesse maximale. La hauteur manométrique H de la pompe s'exprime en mètre tandis que le débit volumique Q s'exprime par exemple en m3/heure. Le procédé de commande de l'invention est mis en oeuvre dans une unité de traitement UC. Cette unité de traitement UC est par exemple incluse dans le variateur de 15 vitesse VSD employé pour le contrôle d'une ou plusieurs pompes du système multipompes. Ce procédé de commande vise tout d'abord à déterminer une expression de la hauteur manométrique Hmps (pour "Multi-Pump System") en fonction de caractéristiques du système. Au point de fonctionnement considéré, la hauteur manométrique Hmps du système multipompes est identique pour toutes les pompes Pn, que celles-ci soient à vitesse fixe ou à 20 vitesse variable. Les caractéristiques du système multipompes sont les suivantes : la différence de pression Dp correspondant à la différence entre la pression PIN mesurée par le premier capteur sur le conduit d'entrée et la pression POUT mesurée par le second capteur sur le conduit de sortie, le diamètre DIN du conduit d'entrée IN au point de mesure de la pression, 25 le diamètre Dow- du conduit de sortie OUT au point de mesure de la pression, la différence de hauteur Z entre les deux points de mesure de pression. A partir de ces paramètres caractéristiques du système multipompes et du théorème de Bernouilli défini ci-dessous, le procédé de commande peut exprimer la hauteur 30 manométrique : ( ' 4.0total / 2.g Dp = p.g. Hmps Z 4.utotal Dans lequel : 2 2 7IDOUT 7C.DIN ) 5 2999663 p représente la densité du fluide aspiré par le système multipompes, Dp représente la différence de pression, Hmps représente la hauteur manométrique recherchée, Z représente la hauteur géométrique entre le point de mesure de la pression à l'aspiration et le point de mesure de la pression au refoulement, - g représente la constante de gravité, - 10 -total représente le débit total sur le conduit de sortie. On obtient alors : THMPS = f (DP, ()total ) [Qtotal - 1 QPn Avec Qpn qui représente le débit de chaque pompe du système multipompes. 15 Dans le premier mode de réalisation illustré par la figure 2, le procédé de commande consiste tout d'abord à déterminer la hauteur manométrique H. Pour déterminer la hauteur manométrique HMPS, l'unité de traitement UC lance un premier module logiciel M1 recevant en entrée les caractéristiques du système multipompes, c'est-à-dire : la différence de pression Dp correspondant à la différence entre la pression PIN 20 mesurée par le premier capteur sur le conduit d'entrée et la pression Pow- mesurée par le second capteur sur le conduit de sortie, la valeur de diamètre DIN du conduit d'entrée, - la valeur de diamètre Dow- du conduit de sortie, - la différence de hauteur Z entre les deux points de mesure de pression par le 25 premier capteur et le second capteur. Il reçoit également en entrée la valeur du débit total 0 -total comme paramètre de rétroaction, c'est-à-dire le débit total déterminé à l'occurrence n-1. La boucle ainsi formée permet de converger naturellement vers une valeur la plus exacte possible de la hauteur manométrique HMPS. 30 Une fois la hauteur manométrique Hmps déterminée, l'unité de traitement UC lance, pour chaque pompe Pn, un deuxième module logiciel M10 permettant de déterminer le débit Qpn en sortie de la pompe. Ce module reçoit en entrée les valeurs suivantes : 5 10 6 2999663 - la valeur de la hauteur manométrique Hmps déterminée par le premier module logiciel, une valeur de la vitesse Wn de la pompe considérée dans le système multipompes, 5 la courbe caractéristique débit/hauteur manométrique (HO -curve n) de la pompe dont le débit est recherché, qui sera extrapolée à la vitesse Wn de la pompe, en utilisant les lois d'affinité des pompes centrifuges. La vitesse Wn de la pompe peut être issue de différentes sources. Pour une pompe à vitesse variable, cette vitesse peut être basée sur la référence de vitesse appliquée en 10 entrée de la boucle de régulation du variateur de vitesse ou sur une mesure de vitesse. Pour une pompe à vitesse fixe, il s'agit juste de tenir compte de la dynamique de fonctionnement de la pompe. Une fois que l'unité de traitement UC a déterminé le débit Qpn du fluide en sortie de chaque pompe, il ne lui reste plus qu'à additionner ces débits pour obtenir le débit total 10 -total. 15 Le débit total -total déterminé est envoyé comme paramètre d'entrée du premier module logiciel de détermination afin de converger naturellement vers la valeur la plus précise possible de la hauteur manométrique HMPS, et ainsi celle du débit total résultant. La figure 3 illustre le deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans ce 20 deuxième mode de réalisation, la hauteur manométrique Hmps est déterminée notamment à partir de son expression définie ci-dessus, en fonction des caractéristiques du système. Dans la description de ce mode de réalisation, on distingue la hauteur manométrique HMPS du système multipompes de la hauteur manométrique Hn définie pour chaque pompe P. L'unité de traitement UC lance d'abord un premier module logiciel M2 de 25 détermination de cette expression de la hauteur manométrique Hmps en fonction du débit total 0 -total et de la différence de pression D. Les caractéristiques introduites en entrée du premier module M2 sont les suivantes : la différence de pression Dp qui consiste en la différence entre la pression PIN mesurée par le premier capteur sur le conduit d'entrée et la pression POUT 30 mesurée par le second capteur sur le conduit de sortie, la valeur de diamètre DIN du conduit d'entrée, - la valeur de diamètre Dow- du conduit de sortie, - la différence Z de hauteur entre les deux points de mesure de pression par le premier capteur et le second capteur. 7 2999663 Ainsi on a HmPs=f(Qtotal De) avec f qui est une fonction. En parallèle, l'unité de traitement UC détermine une deuxième expression de la hauteur manométrique Hmps du système multipompes en fonction du débit totaltotal du U système multipompes. Pour cela, l'unité de traitement UC détermine grâce à un module 5 logiciel M21, pour chaque pompe Pn, sa courbe caractéristique (1-1,-Fgn(Qpn, W')) exprimant la hauteur manométrique Hn de la pompe en fonction du débit Qpn de la pompe, extrapolée à la vitesse de la pompe considérée en utilisant les lois d'affinité des pompes centrifuges. Une fois que l'unité de traitement UC a récupéré toutes les courbes de pompe, elle reconstitue grâce à un module logiciel M20 la courbe globale (HMPS=g(Qtotal)) 10 Pour déterminer le débit total 10 -total, l'unité de traitement UC lance un module logiciel M22 de détermination du débit total IO -total à partir des deux expressions. Autrement dit, le débit total 10 -total correspond au point d'intersection d'une première courbe correspondant à la première expression (Hmps ( =f Ptotal, De)) et d'une deuxième courbe correspondant à la deuxième expression (Hmps=g( ,Qtotal)) - 15 A partir des deux courbes, l'unité de traitement UC peut également déduire, de manière optionnelle, la valeur de la hauteur manométrique H mps du système multipompes. Cette hauteur manométrique Hmps du système multipompes peut ensuite être employée pour déterminer (module logiciel M23) le débit Qpn de chaque pompe Pn grâce aux courbes caractéristiques de chaque pompe, extrapolées à la vitesse de chaque pompe (H=gn(QPn, 20 Wn)), en utilisant les lois d'affinité des pompes centrifuges. du système multipompes. 8 REVENDICATIONS1. Procédé de commande mis en oeuvre dans une unité de traitement (UC) employée dans la commande d'un système multipompes, ledit système multipompes comprenant un conduit d'entrée (IN) destiné à recevoir un fluide, deux pompes (P1, P2) connectées en parallèle audit conduit d'entrée et un conduit de sortie relié aux sorties des deux pompes (P1, P2), au moins l'une des deux pompes étant commandée par un variateur de vitesse (VSD), ledit procédé étant destiné à déterminer le débit total (Q 1 -total) du fluide sur ledit conduit de sortie (OUT), chaque pompe (P1, P2) étant définie par une courbe caractéristique débit-hauteur manométrique à vitesse maximale, caractérisé en ce que le procédé de commande comporte les étapes suivantes : détermination d'une première expression de la hauteur manométrique (Hmps) du système multipompes à partir des caractéristiques du système multipompes, lesdites caractéristiques du système étant : la pression (Pour) du fluide, mesurée à un premier point de mesure situé sur le conduit de sortie, la pression (PIN) du fluide, mesurée à un deuxième point de mesure situé sur le conduit d'entrée, le diamètre (Du) du conduit de sortie au premier point de mesure, le diamètre (DIN) du conduit d'entrée au deuxième point de mesure, la différence (Z) de hauteur entre le premier point de mesure et le deuxième point de mesure. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination de la hauteur manométrique (Hmps) du système multipompes à partir de la première expression de la hauteur manométrique du système multipompes et du débit total total) (0 1 injecté en tant que paramètre de rétroaction. - 3. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination d'une valeur de débit (Qpn) de chaque pompe à partir de la courbe caractéristique débit-hauteur manométrique de chaque pompe, extrapolée à la vitesse de chaque pompe, et de la hauteur manométrique (Hmps) déterminée. 4. Procédé de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination du débit total (0 du fluide à travers le conduit -total,1 de sortie du système multipompes à partir des valeurs de débit (Qpn) déterminés pour chaque pompe (Pn). 9 2999663 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vitesse (W) de la pompe contrôlée par le variateur de vitesse (VSD) est déterminée à partir d'une référence de vitesse injectée dans une boucle de régulation ou d'une mesure de vitesse. 5 6. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination d'une deuxième expression de la hauteur manométrique (Hmps) du système multipompes en fonction du débit total (Q 1 -total) - 7. Procédé de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination du débit total (0 du fluide à travers le conduit -total,1 10 de sortie (OUT) à partir de la première expression de la hauteur manométrique (Hmps) et de la deuxième expression de la hauteur manométrique (Hmps)- 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la deuxième expression de la hauteur manométrique (Hmps) est déterminée à partir de la vitesse (Wn) de chaque pompe, et de la courbe caractéristique débit-hauteur manométrique (HQ,unie n) à vitesse 15 maximale de chaque pompe. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination de la hauteur manométrique (Hmps) du système multipompes à partir de la première expression de la hauteur manométrique et de la deuxième expression de la hauteur manométrique. 20 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que pour chaque pompe (P1, P2), il comporte une étape de détermination du débit (Qpn) en sortie de la pompe à partir de la hauteur manométrique (Hmps) déterminée et de la courbe caractéristique débit-hauteur manométrique (HO -curve n) de la pompe, extrapolée à la vitesse de la pompe. 25 11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la vitesse de la pompe (Wn) contrôlée par le variateur de vitesse est déterminée à partir de la référence de vitesse injectée dans une boucle de régulation ou d'une mesure de vitesse. 12. Variateur de vitesse caractérisé en ce qu'il comporte une unité de traitement 30 (UC) agencée pour mettre en oeuvre le procédé de commande tel que défini dans l'une des revendications 1 à 11.