Brevet FR3074928A1 — publié le 20190614

APPAREIL ELECTRONIQUE DE COMMANDE POUR CONTROLER UNE VANNE DE BASE DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET ETAT DE LA TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine des vannes, et plus spécifiquement, le 5 domaine des vannes de commande. Comme cela est connu de l'état de la technique, une vanne de base peut être actionnée manuellement ou automatiquement. Une vanne pilotée mécaniquement est habituellement préférée pour actionner une vanne de base d'une installation locale autonome et non-connectée. Etant donné 10 que les réseaux de distribution intelligents deviennent populaires, il est essentiel de répondre dynamiquement aux besoins du réseau de distribution reçus d'un système de télégestion du réseau. Une vanne pilotée mécaniquement n'est plus la solution préférée. 15 Différent types de vannes pilotées automatiquement sont connues de l'état de la technique, selon la technologie d'actionnement employée : Vanne pilote avec une motorisation du tarage du ressort : un moteur est utilisé pour ajuster le tarage du ressort d'une vanne normale pilotée mécaniquement. Les principaux inconvénients sont l'usure mécanique, la 20 taille et la consommation d'énergie qui dépendent des dimensions de la vanne de base et des pressions de fonctionnement, l'impossibilité de définir une mise en sécurité et un contrôleur externe est nécessaire. Vanne pilote motorisée : un moteur est utilisé pour ajuster l'ouverture de la vanne pilote. Les principaux inconvénients sont l'usure mécanique, 25 l'impossibilité de définir une mise en sécurité, l'impossibilité de moderniser un équipement existant sans un équipement spécial et un contrôleur externe est nécessaire. Commande par électrovanne : Deux électrovannes sont utilisées pour ouvrir/fermer la vanne de base. Les principaux inconvénients sont que des 30 équipements additionnels sont nécessaires pour moderniser les installations existantes, et qu'un contrôleur externe est nécessaire. 2 L'objet de cette présente invention est de fournir un nouvel appareil électronique de commande qui peut contrôler automatiquement une vanne de base, remplacer une vanne pilote mécanique selon l'état de la technique et peut être surveillé/commandé à distance sans besoin d'un contrôleur externe. Comme cela sera expliqué par la suite, l'invention actuelle élimine les inconvénients ci-dessus et procure d'autres avantages. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION L'invention concerne un appareil électronique de commande pour contrôler une 10 vanne de base, en particulier une vanne hydraulique, comprenant : - Un corps collecteur comprenant au moins un premier port externe, un deuxième port externe et un troisième port externe adaptés pour être raccordés à une vanne de base, Au moins une première électrovanne montée entre le second port externe et 15 le premier port externe, configurée pour fermer ladite vanne de base, - Au moins une deuxième électrovanne montée entre le troisième port externe et le premier port externe, configurée pour ouvrir ladite vanne de base, et - Au moins une carte électronique de contrôle configurée pour commander lesdites première et deuxième électrovannes afin de commander 20 indirectement et avec précision la dite vanne de base. Grâce à l'appareil électronique, une vanne de base peut être contrôlée avec précision. D'ailleurs, la taille et la consommation d'énergie de l'appareil électronique est réduite de façon que toute vanne peut être contrôlée. 25 Avantageusement, l'appareil électronique peut être monté sur des installations existantes pour les moderniser. De plus, il fournit avantageusement des capacités de mise en sécurité. De préférence, des première et deuxième électrovannes sont des électrovannes miniatures. La vanne de base peut être commandée avec précision en ajustant la 30 position des électrovannes miniatures. 3 De préférence, la carte électronique de contrôle comprend un module de communication pour recevoir et transmettre des données à une station distante. Une vanne de base peut être commandée à distance sans aucun contrôleur externe. L'appareil électronique comprend intérieurement toutes les fonctions de 5 communication et de commande. De préférence, la carte électronique de contrôle comprend un module d'interface pour capteurs configuré pour connecter plusieurs capteurs, de préférence, jusqu'à cinq capteurs de pression internes, trois capteurs standards 4-20mA externes et une entrée d'impulsion de flux pour mesurer le flux. L'appareil électronique peut donc être utilisé dans plusieurs applications différentes sans avoir besoin de composants externes. L'invention concerne également un ensemble comprenant une vanne de base et un appareil électronique de commande selon l'invention, l'appareil électronique de commande étant raccordé à ladite vanne de base. De préférence, le premier port externe, le second port externe et le troisième port externe sont raccordés respectivement aux ports du chapeau, de l'amont et de l'aval de la vanne de base. De préférence, la vanne de base est une vanne hydraulique, en particulier, pour le transport de l'eau. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, fournie seulement à titre d'exemple, en référence aux dessins attachés, dans lesquels : La figure 1 est un diagramme schématique d'un appareil électronique de commande selon la présente invention ; - La figure 2 est une vue en perspective d'un appareil électronique de commande selon la présente invention avec le capot avant et le capot arrière ; - La figure 3 est une vue en perspective d'un appareil électronique de commande selon la présente invention configuré comme actionneur final sans les capots ; 4 La figure 4 est une vue en perspective d'un appareil électronique de commande selon la présente invention montrant la carte électronique de contrôle installée ; - La figure 5 est une vue en perspective d'un appareil électronique de 5 commande selon la présente invention avec trois capteurs de pression installés (carte électronique de contrôle supprimée) et - La figure 6 est une vue en perspective d'un appareil électronique de commande selon la présente invention avec une carte électronique de contrôle installée avec trois capteurs de pression. 10 Il doit être noté que ces figures décrivent l'invention en détails afin de mettre en oeuvre l'invention, lesdites figures peuvent bien sûr être utilisées pour mieux définir l'invention si nécessaire. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 15 La Figure 1 est une représentation schématique d'une forme de réalisation d'un appareil électronique de commande 1 selon la présente invention pour commander une vanne de base MV, et plus spécialement une vanne hydraulique. Dans la présente forme de réalisation, l'appareil électronique de commande 1 comprend un corps collecteur 2 (Figure 2) comprenant cinq ports externes 21, 22, 23, 20 24, 25. Comme représenté sur la Figure 1, le premier port externe 21, le deuxième port externe 22 et le troisième port externe 23 sont adaptés pour être raccordés à la vanne de base MV, et plus précisément, respectivement aux prise de chapeau, d'amont et d'aval de la vanne de base MV, afin de la commander. Le quatrième port externe 24 et le cinquième port externe 25 peuvent être configurés pour toute 25 mesure de pression que l'application nécessiterait. Comme représenté sur la Figure 2, le corps collecteur 2 a une forme de cylindre et est orienté selon un axe X. Les ports externes 21-25 sont disposés radia lement atour du corps collecteur 2. La tuyauterie interne de l'appareil est usinée à l'intérieur du corps collecteur 2. Selon l'application, le corps collecteur est fabriqué en laiton ou 30 en acier inoxydable. 5 Chaque port externe 21, 22, 23, 24, 25 est associé avec un port pour capteur de pression 31, 32, 33, 34, 35 de telle sorte que la pression du fluide de chaque port externe peut être mesurée et transmise à l'aide de capteurs de pression conçus sur mesure comme cela sera décrit plus tard. Dans la présente forme de réalisation, 5 l'appareil électronique de commande 1 comprend 5 ports externes mais le nombre de ports externes utilisé pourrait être différent. Le nombre de capteurs installés dépend de l'application. Les ports non utilisés doivent être bouchés en utilisant un bouchon adapté 26, 36. Des ports externes additionnels sont très pratiques pour mesurer des pressions 10 d'équipements supplémentaires, par exemple, un filtre raccordé à proximité de la vanne de base. Comme représenté sur la Figure 1, l'appareil électronique de commande 1 comprend une première électrovanne 11 montée entre le deuxième port externe 22 (prise amont de la vanne de base MV) et le premier port 21 (prise sur le chapeau de 15 la vanne de base MV). Il comprend aussi une deuxième électrovanne 12 montée entre le troisième port externe 23 (prise aval de la vanne de base MV) et le premier port 21 (prise sur le chapeau de la vanne de base MV). Selon la présente invention, comme représenté sur les Figures 3, 4 et 5, l'appareil électronique de commande 1 comprend une première électrovanne 11, une 20 deuxième électrovanne 12 et une carte électronique de contrôle 4 configurée pour commander lesdites première et deuxième électrovannes 11, 12 afin de commander avec précision et actionner la dite vanne de base MV. Ouvrir la première électrovanne 11 entraînera la fermeture de la vanne de base MV puisque l'eau à haute pression venant de l'amont sera poussée à l'intérieur du 25 chapeau de la vanne de base, poussant son élément vers le bas, tandis que l'ouverture de la deuxième électrovanne 12 entraînera l'ouverture de la vanne de base MV puisque l'eau à haute pression piégée dans le chapeau s'écoulera vers la pression plus basse en aval, la pression élevée en amont poussera également l'élément vers le haut. 30 Seulement une des deux électrovannes 11 et 12 peut être ouverte à tout moment. Fermer les deux entraînera le verrouillage en position de l'élément. 6 Si la première électrovanne 11 est utilisée normalement ouverte, la vanne de base MV sera normalement dans un état de mise en sécurité fermé (la vanne sera complètement fermée en cas de panne de courant). Si la deuxième électrovanne 12 est utilisée normalement ouverte, la vanne de base 5 sera normalement dans un état de mise en sécurité ouvert (la vanne sera complètement ouverte en cas de panne de courant). La position de l'élément de vanne dépend du volume d'eau piégé à l'intérieur du chapeau, de sorte que pour une vanne de base MV donnée, la vitesse d'ouverture/fermeture de la vanne dépendra du débit de flux de l'eau à 10 l'intérieur/extérieur de la chambre de diaphragme. Le débit de flux dépend de la pression différentielle à travers la vanne (condition de fonctionnement), du dessus de la vitesse de déplacement de vanne qui dépendra de la taille de la vanne (puisque la taille de l'électrovanne est fixe), et des conditions de fonctionnement. Grâce à la présente invention, la vitesse du déplacement de tige de la vanne est 15 commandée pour éliminer l'effet de la condition de fonctionnement et dépend des exigences de contrôle. La vitesse est contrôlée avec la technique de modulation de la largeur d'impulsions (PWM - Pulse Width Modulation). La carte électronique de contrôle 4 est configurée pour commander électroniquement les électrovannes 11, 12. Dans cette réalisation, la carte 20 électronique de contrôle 4 est une plateforme électronique configurable qui peut être configurée selon l'application. Dans cet exemple, la carte électronique de contrôle 4 comprend un module de communication configuré pour recevoir et transmettre des données à une station distante, par exemple, à l'aide du protocole RTU MODBUS sur un bus RS-485 en série. 25 La carte électronique de contrôle 4 comprend aussi un module d'interface pour capteurs configuré pour connecter divers types de capteurs, et de préférence, des capteurs de pression. Dans cette forme de réalisation, comme représenté sur la Figue 1, le module d'interface pour capteurs peut connecter jusqu'à 5 capteurs de pression. La carte électronique de contrôle 4 peut donc collecter différentes 30 mesures et paramètres et les transmettre à une station distante. De plus, le module d'interface de capteur peut connecter jusqu'à trois entrées 4-20mA standards et une impulsion de flux. En plus, la carte électronique de contrôle 4 peut recevoir des 7 instructions depuis la station distante afin de commander de manière dynamique la position de la vanne de base MV. Dans la présente forme de réalisation, l'appareil électronique de commande 1 peut être configuré pour fonctionner selon 3 principaux modes : appareil actionneur final, 5 appareil transmetteur/actionneur ou appareil régulateur/transmetteur/actionneur. Selon le mode de fonctionnement, le programme et le matériel de l'appareil électronique de commande 1 peuvent être adaptés en conséquence. Comme mentionné auparavant, la carte électronique de contrôle 4 peut collecter plusieurs paramètres qui sont essentiels pour une gestion de réseau de distribution intelligente 10 comme la Pression, le Débit, la Position (hydraulique ou mécanique) et bien plus encore (tout dépend des capteurs rattachés et au programme chargé) en complément des tests de diagnostic de l'appareil et des rapports d'incidents. 11 est très probable que l'appareil électronique de commande 1 sera utilisé à l'intérieur de chambres de vanne, qui peuvent être inondées. Ainsi, l'appareil 15 électronique de commande 1 comprend de préférence des capots étanches à l'eau 17, 18 ainsi que deux ou trois presse-étoupes 16 classés IP68. Les composants électroniques, les bobines qui actionnent les électrovannes et les bornes de raccordement sont par conséquent protégés de l'eau. La Figure 3 représente un appareil électronique de commande 1 selon l'invention 20 configuré comme un appareil actionneur final. Dans ce mode de fonctionnement, les ports des capteurs de pression 31, 32, 33, 34, 35 sont bouchés au moyen de bouchons de capteur de pressibn 36. Aucun équipement électronique n'est mis en oeuvre si l'appareil doit être utilisé comme actionneur final. Les électrovannes 11, 12 sont commandées à distance selon les exigences du réseau. 25 Dans le mode appareil transmetteur/actionneur, l'appareil peut aussi transmettre des données (pressions, etc.) à une station distante à travers la carte électronique de contrôle 4. Dans le mode appareil régulateur/transmetteur/actionneur, l'appareil peut aussi commander de manière indépendante la vanne de base selon les instructions reçues depuis la station distante et à partir des mesures de pression. 30 La Figure 5 représente un appareil électronique de commande 1 selon l'invention configuré comme appareil régulateur/transmetteur/actionneur. Les capteurs de pression 30 sont raccordés aux ports pour capteurs de pression 31, 32, 33. Les ports 8 pour capteurs restants, 34, 35 sont bouchés mais peuvent être utilisés pour d'autres besoins de mesure de pression. Cela permet de proposer une modernisation directe pour les vannes de régulation de débit où la pression dynamique sur un port calibré doit être mesurée. Les valeurs mesurées des capteurs de pression 30 sont envoyées 5 par le module de communication à une station distante de telle sorte que les pressions de fonctionnement sont surveillées en continu. Grâce à l'appareil électronique de commande 1 selon l'invention, la vanne de base MV peut être commandée à distance avec précision. De plus, une vanne selon l'état de la technique qui était mécaniquement commandée peut maintenant être 10 actionnée à distance avec un coût réduit. Les électrovannes 11, 12 apportent une interface électronique pour connecter la vanne de base MV à une station distante et par conséquent à un système de commande de réseau global. En utilisant la carte électronique de contrôle 4, plusieurs capteurs différents peuvent être utilisés afin de couvrir une grande variété de besoins des applications de vannes. 15 Grâce à l'invention, l'écoulement du fluide peut être contrôlé en faisant varier la section de passage en fonction d'un signal. Cela permet la régulation directe du débit et des paramètres qui en découlent comme la pression, la température, REVENDICATIONS1. Appareil électronique de commande (1) pour contrôler une vanne de base (MV), en particulier une vanne hydraulique, comprenant : - Un corps collecteur (2) comprenant au moins un premier port externe (21), un deuxième port externe (22) et un troisième port externe (23) adaptés pour être raccordés à une vanne de base (MV), - Au moins une première électrovanne (11) montée entre le second port externe (22) et le premier port externe (21), configurée pour fermer la dite vanne de base (MV), Au moins une deuxième électrovanne (12) montée entre le troisième port externe (23) et le premier port externe (21), configurée pour ouvrir ladite vanne de base (MV), et Au moins une carte électronique de contrôle (4) configurée pour commander lesdites première et deuxième électrovannes (11, 12) afin de commander indirectement et avec précision ladite vanne de base (MV). 2. Appareil électronique de commande selon la revendication 1, dans lequel les première et deuxième électrovannes (11, 12) sont des électrovannes miniatures. 3. Appareil électronique de commande selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la carte électronique de contrôle (4) comprend un module de communication configuré pour recevoir ou transmettre des données à une station distante. 4. Appareil électronique de commande selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la carte électronique de contrôle (4) comprend un module d'interface pour capteurs, configuré pour connecter une pluralité de capteurs. 30 5. Ensemble comprenant une vanne de base (MV) et un appareil électronique de commande (1) selon l'une des revendications précédentes, l'appareil électronique de commande (1) étant raccordé à la dite vanne de base (MV). 25 10 6. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel le premier port externe (21), le deuxième port externe (22) et le troisième port externe (23) sont raccordés respectivement aux ports du chapeau, de l'amont et de l'aval de la vanne de 5 base (MV). 7. Ensemble selon les revendications 5 ou 6, dans lequel la vanne de base (MV) est une vanne hydraulique. 10