EP0857153A1 - Procede de detection automatique d'un fonctionnement en limite de stabilite d'une installation de transport pneumatique d'un produit en vrac en phase dense - Google Patents

Procede de detection automatique d'un fonctionnement en limite de stabilite d'une installation de transport pneumatique d'un produit en vrac en phase dense

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Publication number
EP0857153A1
EP0857153A1 EP97925135A EP97925135A EP0857153A1 EP 0857153 A1 EP0857153 A1 EP 0857153A1 EP 97925135 A EP97925135 A EP 97925135A EP 97925135 A EP97925135 A EP 97925135A EP 0857153 A1 EP0857153 A1 EP 0857153A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bulk product
lock
pressure
stability
transport
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP97925135A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Pierre Fourcroy
Thierry Guerra
Patrick Pacaux
Thierry Destoop
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEU TRANSF'AIR
Neu Transf Air
Original Assignee
NEU TRANSF'AIR
Neu Transf Air
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEU TRANSF'AIR, Neu Transf Air filed Critical NEU TRANSF'AIR
Publication of EP0857153A1 publication Critical patent/EP0857153A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G53/00—Conveying materials in bulk through troughs, pipes or tubes by floating the materials or by flow of gas, liquid or foam
    • B65G53/34—Details
    • B65G53/66—Use of indicator or control devices, e.g. for controlling gas pressure, for controlling proportions of material and gas, for indicating or preventing jamming of material

Definitions

  • the present invention finds its application in the field of controlling the stability of the operation of an installation designed for the pneumatic transport of a bulk product, in dense phase. Its subject is a method for automatically detecting an operation at the limit of stability of such an installation, as well as its general application to the automatic determination of a limit operating point between a stability zone and an instability zone
  • a pneumatic transport installation comprising a member commonly called a lock, which has the function of simultaneously introducing the gas flow of transport and the bulk product into the sealed transport pipe.
  • the lock is generally presented in the form of a chamber, inside which are separately introduced the gas transport stream which is generally air, and the bulk product
  • a certai n type of lock advantageously includes a system for regulating the rate of introduction of the bulk product into the chamber of the lock. More particularly, this regulation system consists, for example, of a rotary paddle wheel, the rotation speed of which is adjustable. depending on the desired bulk product flow
  • dense phase transport is characterized by a powerful operation, the bulk product moving inside the transport pipe in the form of compact plugs of material, separated two by two by a gas pocket.
  • a pneumatic dense phase transport installation is usually provided to operate with a predetermined charge rate corresponding to the ratio of the flow rate of bulk product and the flow rate of transport gas at the inlet of the lock.
  • transport can operate stably in dense phase, this load rate must remain within a narrow range of values
  • a variation in the air flow or the flow of bulk material introduced into the lock can very easily lead to operating the installation in an unstable manner, and in particular in a critical phase in which the installation alternately passes from a dense phase operation to a diluted phase operation and vice versa
  • This critical phase must absolutely be avoided because it results mechanically by water hammer in the transport pipe which very quickly leads to a deterioration of the installation
  • a first object of the present invention is to propose a method for automatically detecting an operation at the limit of stability of a pneumatic transport installation of a bulk product in dense phase, in which the transport gas and the product in bulk are introduced separately into a lock which communicates at the outlet with a pipe for the pneumatic transport of the bulk product
  • the method consists in measuring the pressure (Pe), called the lock pressure, which is exerted by the transport gas in the vicinity of the zone for introducing the bulk product into the transport pipe. , and to detect an instability of the lock pressure (Pe) measured, over a predetermined period (t), by means of a predefined stability criterion
  • the duration (t) must be chosen large enough not to detect a fluctuation in the pressure of the lock which would only be punctual in time, and which therefore would not be representative of real instability over time of the pressure
  • the duration (t) will be the same order of magnitude as the average travel time of a cap of bulk product in the installation, and will be determined on a case-by-case basis depending in particular on the length of the transport pipe of the installation and the nature of the product transported
  • the lock pressure (Pe) can be measured in the transport pipe downstream of the outlet of the lock.
  • this measurement should be taken at a Sufficiently short distance from the outlet of the lock, and preferably less than a few meters, so that the pressure measurement is characteristic of the pressure at the level of the area in which the bulk product is introduced into the transport pipe.
  • sluice pressure downstream of the sluice outlet has the drawback of causing a risk of clogging over time by the bulk product of the measurement sensor used.
  • the measurement of the sluice pressure (Pe ) will preferably be carried out upstream of the lock, in the transport gas supply pipe, upstream of a non-return valve mounted on this pipe.
  • a stability criterion could consist in carrying out a cutting e binary of the measured pressure values, as a function of a predetermined threshold, and to detect instability as soon as the number of measured values above the threshold reaches a given percentage over the period (t), and for example reaches 80% binary of the measured lock pressure has the disadvantage of causing a loss of information, the stability criterion being therefore less fine, it is possible that with a binary chopping a limit of stability is detected too prematurely , or on the contrary, that in some cases, the detection is too late
  • the stability criterion used preferably consists performing at least a fuzzy cutting of the measured lock pressure values (Pe), according to a membership function, a sampling period ( ⁇ ), and over a predefined interval (T), and calculating an index of stability (I) from this fuzzy cutting
  • the detection of the instability of the lock pressure measurement signal (Pe) can be carried out in a known manner by processing the signal by means of fast Fourier transforms (FFT).
  • FFT fast Fourier transforms
  • Pe cons a predetermined pressure value which theoretically the lock pressure (Pe) should have over the interval (T)
  • the stability index (I) is given by the formula
  • the two aforementioned variants will be combined.
  • two stability indices (I slab and I prec ) are calculated respectively for each fuzzy cutting, and an instability of the lock pressure (Pe) measured when at least is detected.
  • one of the two stability indices (I 5lab and I prcc ) is less than a predetermined threshold (S)
  • the stability range of the load rate of a pneumatic conveying installation in dense phase depends not only on the installation itself, and more particularly on the length and the geometry of the pipe for transporting the bulk product, but also of the type of bulk product transported So, for the same installation, when you change the type of bulk product to be transported, it is necessary to adjust the load rate of the installation so that it
  • Another object of the present invention is a method for determining automatic of a limit operating point between a stability zone and an instability zone of a pneumatic conveying installation of a bulk product in dense phase
  • the method for automatically determining a limit operating point consists, starting from a known initial stable point, of automatically controlling the variation in predetermined successive steps of the flow rate of bulk product and / or of the flow rate of transport gas at the entrance to the lock, and to apply the detection method of the invention described above at each step
  • FIG. 3 shows a flowchart allowing the implementation of a preferred embodiment of the method for automatically detecting the instability of the lock pressure of the installation
  • - and Figure 4 represents a membership function particular trapezoid which is used during the implementation of the steps of the flow diagram of FIG. 3
  • the pneumatic transport installation shown diagrammatically in FIG. 1 is used to transport in bulk phase a bulk product from one point to another, and in the example illustrated from the outlet of an extruder 1 to a silo 2
  • this pneumatic transport installation comprises a member with a lock function 3 into which the product are introduced separately.
  • the transport gas which in this case is air
  • the lock 3 comprises a zone 3a in which the bulk product and the air are brought into contact transport, and which communicates at the outlet with a sealed transport pipe 4
  • the bulk product is thus transported by the transport air inside the pipe 4 to the silo 2
  • the geometry and the length of this pipe transport 4 varies from installation to installation
  • the bulk product is fed into zone 3a by means of a rotary paddle wheel 3b, which allows, from a setting of its rotation speed, to regulate the rate of introduction of the bulk product to be transported at the entrance to zone 3a
  • the bulk product from the extruder 1 continuously feeds the impeller 3b, via a hopper 3ç_, which allows to tolerate a certain fluctuation on the product flow in bulk at the extruder outlet
  • the transport air is supplied at a given pressure in zone 3a via a supply line 7, fitted with a non-return valve 8
  • the production system of the transport air upstream of the lock 3 comprises one or more compressors 5, with which is associated at the outlet a flow control valve 6 which is designed to ensure a given transport air flow in the supply line 7 L pneumatic transport system is controlled by a u processing unit 9 which controls on the one hand the flow of transport air Q lp in the supply line 7 by means of a control signal 9a intended for the flow regulating valve 6, and on the other hand the speed of rotation of the impeller 3b and
  • FIG. 2 shows the stability diagram, in dense phase, of the pneumatic transport installation of FIG. 1, with on the abscissa the flow of transport air (Q ⁇ ) in the vicinity of zone 3a, and on the ordinate, the flow rate of bulk product (Q s ) introduced at the entrance to zone 3a of the lock 3
  • the stability zone in the dense phase of the installation is delimited by a quadrilateral having for its vertices the four operating points at the stability limit A, B, C and D
  • the flow rate of the bulk product (Q s ) and the flow of transport air (Q tp ) are set so as to define an operating point situated inside the quadrilateral (A, B, C, D) Outside this quadrilateral, the pneumatic transport installation operates in an unstable manner having a behavior which depends on the area of instability in which the operating point (Q tp Q s )
  • the instability zone corresponds for example to a bulk product transported in diluted phase
  • the stability quadrilateral of a pneumatic transport installation depends on the transport installation itself, that is to say in particular on the geometry and the length of the transport pipe 4, but also on the bulk product transported
  • the limits of this stability quadrilateral could vary over time, in particular as a function of the quality of the bulk product to be transported, of its temperature, of the ambient temperature or of the hygrometry rate II results on the one hand that an operating point in a stable zone for a given installation and a given bulk product does not necessarily correspond to a stable operating point for this same installation when changing the bulk product, and on the other hand that a stable operating point but close to one of the borders of the stability quadrilateral (A, B, C, D) may one day for the same installation and the same bulk product be in an unstable area
  • the processing unit 9 is capable, in accordance with the invention, of implementing a test procedure which makes it possible to detect whether or not the operating point of the installation is a point at the limit of stability, from a detection of the instability of the lock pressure measured over a predetermined time interval
  • the first test step referenced 11 consists in carrying out from the measurement signal 10a delivered by the pressure sensor 10 a sampled measurement of the lock pressure Pe
  • the processing unit 9 thus acquires N samples Pe (n ⁇ ) of lock pressure
  • the duration T corresponds to the product of the number of samples N by the sampling period ⁇
  • the duration T that is to say the number N of measurement samples for a given sampling period ⁇ , is preferably chosen equal to average journey time of the bulk product in the installation
  • the value of the duration T will therefore depend in particular on the length of the transport pipe 4 of the installation, and on the nature of the bulk product transported
  • the index I slab reports on the stability effective of the pressure of lock Pe compared to the average pressure Pe movcn calculated on the interval T
  • the index I prcc reports the precision of the value of pressure of lock Pe compared to the regulation set point Pe cons of the valve opening control 6
  • the processing unit 9 is programmed to compare these two indices with the stability threshold S (step 19) If one of the two indices is less than the threshold S then the lock pressure is considered unstable If the two stability indices I st8b and I prcc are greater than the threshold S, a second series of measurements is carried out by repeating the procedure in step 1 1 (loop 20) If at from this second test procedure the two stability indices I stab and I prtc are always greater than the threshold S, then the lock pressure is considered to be stable It is preferable to use the two indices I sUb and I prcc , because it can happen for products recognized as difficult to have behaviors of the pressure of lock Pe which are not linear in the border areas of the quadrilateral of stability ( A, B, C, D).
  • the installation can stabilize for several successive travel times (T) around a pressure value different from the requested setpoint pressure - in this case I a ⁇ b will be close to the value 1 but I prec will be close to the value zero -, then either effectively stabilize around the pressure setpoint, or drop suddenly and return to oscillation indicating a zone of pressure instability.
  • T travel times
  • I a ⁇ b will be close to the value 1 but I prec will be close to the value zero -, then either effectively stabilize around the pressure setpoint, or drop suddenly and return to oscillation indicating a zone of pressure instability.
  • the particular method for detecting the instability of the lock pressure in FIG. 9 is not limited to a single iteration (loop 20) but could be implemented with a larger number of 'iterations or on the contrary without any iteration, the stability criterion applying in this case to a single series of sampled measurements (step 11).
  • the number of iterations corresponding to the loop 20 of the flowchart of FIG. 3 determines the duration (t) during
  • the membership function used was trapezoidal, the class Zero ( ⁇ 0 (x) of this membership function being represented in FIG. 4.
  • the method for detecting an operating point at the limit of stability implemented by the processing unit 9, can advantageously be implemented in software for automatic monitoring and assistance in managing the operation of an installation. pneumatic conveying of a bulk product in dense phase.
  • This software displays, for example for an operator, the measured lock pressure signal, automatically processes this signal in accordance with the detection method of the invention, and permanently displays for the operator in a dialog window the state of the installation (stable, not stable). The operator must then manually modify the parameters of his installation (bulk product flow and / or transport air flow) to find a stable operating point.
  • the processing unit 9 may also generate a visual or audible alarm signal, each time a lock pressure instability Pe is detected.
  • processing unit 9 so that the latter automatically adjusts the flow rate of the transport and / or of bulk product by means of the control signals 9a, 9b, in order to follow the development. over time of the stability diagram, which for a given installation and a bulk product, varies according to the quality of the bulk product, and the conditions of temperature, pressure or humidity in the air.
  • the processing unit 9 could be designed so as to automatically characterize an operating point at the limit of stability, in particular prior to the final commissioning of the installation for the transport of a given bulk product. .
  • the processing unit will be designed to adjust the installation via the control signals 9a, 9b to a stable initial operating point Po (FIG. 2), then to vary the flow rate in successive predetermined steps. of bulk product Qs (control signal 9b) and / or the transport air flow Qtp (control signal 9a), applying the test procedure in Figure 3 at each successive step, until detecting a border of the stability diagram, such as for example the border

Landscapes

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Abstract

Le procédé permet de détecter automatiquement un fonctionnement en limite de stabilité d'une installation de transport pneumatique d'un produit en vrac en phase dense, dans laquelle le gaz de transport et le produit en vrac sont introduits séparément dans une écluse (3) qui communique en sortie avec une conduite (4) pour le transport pneumatique du produit en vrac. Il consiste à mesurer la pression (Pe), dite pression d'écluse, qui est exercée par le gaz de transport au voisinage de la zone d'introduction (3a) du produit en vrac dans la conduite de transport (4), et à détecter une instabilité de la pression d'écluse (Pe) mesurée, sur une durée prédéterminée (t), au moyen d'un critère de stabilité prédéfini. Plus particulièrement, le critère de stabilité consiste à réaliser au moins un découpage flou des valeurs de pression (Pe) mesurées, selon une fonction d'appartenance, une période d'échantillonnage, et sur un intervalle prédéfini, et à calculer un indice de stabilité à partir de ce découpage flou.

Description

PROCEDE DE DETECTION AUTOMATIQUE D'UN FONCTIONNEMENT
EN LIMITE DE STABILITE D'UNE INSTALLATION DE TRANSPORT
PNEUMATIQUE D'UN PRODUIT EN VRAC EN PHASE DENSE
La présente invention trouve son application dans le domaine du contrôle de la stabilité du fonctionnement d'une installation conçue pour le transport pneumatique d'un produit en vrac, en phase dense Elle a pour objet un procédé permettant de détecter automatiquement un fonctionnement en limite de stabilité d'une telle installation, ainsi que son application d'une manière générale à la détermination automatique d'un point de fonctionnement limite entre une zone de stabilité et une zone d'instabilité
Dans le domaine du traitement industriel de produits en vrac, il est connu de véhiculer, dans une conduite de transport étanche, et au moyen d'un flux gazeux, le produit en vrac à traiter, par exemple en le reprenant directement en sortie d'extrudeuse et en l'acheminant jusqu'à des silos de stockage en vue du traitement ultérieur du produit extrudé, ou encore en le reprenant en sortie d'un premier silo de stockage, pour l'acheminer vers une autre zone de traitement industriel A cet effet, on utilise une installation de transport pneumatique comportant un organe communément appelé écluse, qui a pour fonction d'introduire simultanément le flux gazeux de transport et le produit en vrac dans la conduite étanche de transport L'écluse se présente d'une manière générale sous la forme d'une chambre, à l'intérieur de laquelle sont introduits séparément le flux gazeux de transport qui est en règle général de l'air, et le produit en vrac De manière additionnelle, un certain type d'écluse comporte avantageusement un système de régulation du débit d'introduction du produit en vrac dans la chambre de l'écluse Plus particulièrement ce système de régulation consiste par exemple en une roue à aubes rotative, dont la vitesse de rotation est réglable en fonction du débit de produit en vrac voulu
Dans le domaine du transport pneumatique de produits en vrac, on distingue à ce jour deux familles principales - le transport en phase dense qui est réalisé avec une vitesse de transport faible, en pratique inférieure à 12 m/s, et pouvant descendre jusqu'à 0,5 m/s, et une concentration de produit dans la conduite de transport élevée, et
- le transport en phase diluée, qui est réalisé au contraire avec une vitesse de transport plus élevée, et une concentration de produit en vrac plus faible
En pratique le transport en phase dense se caractérise par un fonctionnement puisant, le produit en vrac se déplaçant à l'intérieur de la conduite de transport sous forme de bouchons compacts de matière, séparés deux à deux par une poche de gaz
Actuellement la tendance est de développer le transport pneumatique en phase dense, car celui-ci présente l'avantage non seulement de permettre de travailler avec des débits de gaz plus faibles, mais également de limiter dans le temps l'usure des conduites de transport et de conserver une meilleure qualité au produit transporté, comparativement au transport en phase diluée
Une installation de transport pneumatique en phase dense est prévue de manière usuelle pour fonctionner avec un taux de charge prédéterminé correspondant au rapport du débit de produit en vrac et du débit de gaz de transport à l'entrée de l'écluse Pour que l'installation de transport puisse fonctionner de manière stable en phase dense, il faut que ce taux de charge reste compris dans une plage de valeurs étroite Une variation du débit d'air ou du débit de produit en vrac introduit dans l'écluse peut très facilement conduire à faire fonctionner l'installation de manière instable, et notamment dans une phase critique dans laquelle l'installation passe alternativement d'un fonctionnement en phase dense a un fonctionnement en phase diluée et vice et versa Cette phase critique doit absolument être évitée car elle se traduit mécaniquement par des coups de bélier dans la conduite de transport qui conduisent très rapidement à une détérioration de l'installation
Dans le but de maintenir le taux de charge d'une installation donnée à une valeur prédéterminée, on a par exemple proposé dans le demande de brevet européen EP 490 174 de la société BUHLER de maintenir constant le débit du gaz de transport et/ou le débit de produit en vrac à l'entrée de l'écluse, à partir d'une mesure de la pression dans la zone d'introduction du produit en vrac dans la conduite de transport, en sorte de compenser les fuites de gaz de transport au niveau de l'écluse
Cependant le maintien d'un taux de charge constant par régulation du débit de gaz et/ou du débit matière d'une installation ne suffit pas pour s'assurer que l'installation conserve dans le temps un fonctionnement stable en phase dense, et plus particulièrement pour s'assurer que l'on ne passe pas accidentellement dans la phase critique de fonctionnement précitée Ceci peut s'expliquer par le fait que la plage de stabilité dans laquelle il faut maintenir le taux de charge varie dans le temps, et dépend de plusieurs paramètres physiques, tels que par exemple la qualité du produit transporté, la température, l'humidité, Ces paramètres font qu'il est possible, compte tenu de la faible largeur de la plage de stabilité, qu'une installation qui un jour donné fonctionnait de manière stable en phase dense, entre en phase critique d'instabilité un autre jour, et ce bien que le taux de charge n'ait pas changé
Pour les raisons ci-dessus, il s'avère nécessaire de constamment surveiller le fonctionnement d'une installation de transport en phase dense afin de s'assurer que celle-ci conserve un fonctionnement stable A ce jour, cette surveillance est effectuée par un opérateur humain, qui à partir notamment du bruit d'écoulement du gaz de transport et du produit en vrac dans la conduite de transport, et en fonction de son expérience personnelle sur le comportement de l'installation, essaie de détecter un fonctionnement en limite de stabilité et corrige manuellement le débit de gaz ou de matière, c'est-à-dire le taux de charge de l'installation, par exemple en commandant l'ouverture d'une vanne ou la variation de la vitesse de rotation de la roue à aubes de l'écluse Avec cette détection par un operateur humain, il subsiste un risque important que l'installation entre dans la phase de fonctionnement critique précitée
Un premier but de la présente invention est de proposer un procédé de détection automatique d'un fonctionnement en limite de stabilité d'une installation de transport pneumatique d'un produit en vrac en phase dense, dans laquelle le gaz de transport et le produit en vrac sont introduits séparément dans une écluse qui communique en sortie avec une conduite pour le transport pneumatique du produit en vrac De manière caractéristique selon l'invention, le procédé consiste à mesurer la pression (Pe) , dite pression d'écluse, qui est exercée par le gaz de transport au voisinage de la zone d'introduction du produit en vrac dans la conduite de transport, et à détecter une instabilité de la pression d'écluse (Pe) mesurée, sur une durée prédéterminée (t), au moyen d'un critère de stabilité prédéfini
On a pu constater que la pression (Pe) au voisinage de l'écluse avait tendance à fluctuer de manière de plus en plus importante, lorsque l'installation s'approchait d'une zone d'instabilité, et surtout passait par une phase intermédiaire détectable, avant que l'installation n'atteigne l'instabilité complète C'est le mérite de l'invention d'avoir mis en évidence ce comportement particulier de la pression d'écluse en limite de stabilité, d'avoir montré qu'il était possible de détecter automatiquement la phase intermédiaire par laquelle passe la pression d'écluse, et d'avoir vérifié qu'à partir de cette détection il était possible de détecter automatiquement et de manière fiable un fonctionnement en limite de stabilité, alors que l'installation fonctionne encore de manière stable Grâce à l'invention, il devient ainsi possible de prendre à temps toute mesure nécessaire pour corriger le débit de produit en vrac et/ou de gaz de transport à l'entrée de l'écluse avant que l'installation n'atteigne un fonctionnement instable, cette correction pouvant se faire soit automatiquement à partir d'un signal de détection, soit manuellement par un opérateur averti par tout moyen d'alarme approprié du fonctionnement en limite de stabilité de l'installation
La durée (t) doit être choisie suffisamment importante pour ne pas détecter une fluctuation de la pression d'écluse qui serait uniquement ponctuelle dans le temps , et qui de ce fait ne serait pas représentative d'une réelle instabilité dans le temps de la pression d'écluse En pratique, la durée (t) aura le même ordre de grandeur que le temps de parcours moyen d'un bouchon de produit en vrac dans l'installation, et sera déterminée au cas par cas en fonction notamment de la longueur de la conduite de transport de l'installation et de la nature du produit transporté La pression d'écluse (Pe) peut être mesurée dans la conduite de transport en aval de la sortie de l'écluse II convient toutefois de prendre cette mesure à une distance suffisamment faible de la sortie d'écluse, et de préférence inférieure à quelques mètres, afin que la mesure de pression soit caractéristique de la pression au niveau de la zone d'introduction du produit en vrac dans la conduite de transport La mesure de la pression d'écluse en aval de la sortie d'écluse présente l'inconvénient d'occasionner dans le temps un risque de colmatage par le produit en vrac du capteur de mesure utilisé Pour cette raison, la mesure de la pression d'écluse (Pe) sera de préférence effectuée en amont de l'écluse, dans la conduite d'alimentation du gaz de transport, en amont d'un clapet anti-retour monté sur cette conduite Dans le cadre de l'invention, pour détecter la phase intermédiaire par laquelle passe la pression d'écluse (Pe), il est envisageable d'utiliser tout critère de stabilité connu du spécialiste du traitement des signaux Par exemple, l'application d'un critère de stabilité pourra consister à réaliser un découpage binaire des valeurs de pression mesurées, en fonction d'un seuil prédéterminé, et à détecter une instabilité dès que le nombre de valeurs mesurées supérieures au seuil atteint un pourcentage donnée sur la période (t), et par exemple atteint 80% Un découpage binaire de la pression d'écluse mesurée présente toutefois l'inconvénient d'entraîner une perte d'information , le critère de stabilité étant de ce fait moins fin, il est possible qu'avec un découpage binaire on détecte trop prématurément une limite de stabilité, ou au contraire, que dans certains cas, la détection soit trop tardive
Dans le but d'utiliser un critère de stabilité qui soit à la fois relativement simple à mettre en oeuvre, et suffisamment fin pour détecter de manière fiable la phase intermédiaire par laquelle passe la pression d'écluse, le critère de stabilité utilisé consiste de préférence à réaliser au moins un découpage flou des valeurs de pression d'écluse (Pe) mesurées, selon une fonction d'appartenance, une période d'échantillonnage (Δ), et sur un intervalle (T) prédéfinis, et a calculer un indice de stabilité (I) à partir de ce découpage flou
Dans une autre variante , la détection de l'instabilité du signal de mesure de la pression d'écluse (Pe) pourra être réalisée de manière connue en traitant le signal au moyen de transformées de Fourier rapides (FFT) Cette méthode présente toutefois l'inconvénient d'être relativement complexe à mettre en oeuvre Plus particulièrement, selon une première variante, un découpage flou est réalisé avec pour variable [ε,(nΔ)= Pemoy.n - Pe(nΔ)], c'est-à-dire l'écart de la pression d'écluse mesurée par rapport à la pression d'écluse moyenne sur l'intervalle (T). Selon une deuxième variante, un découpage flou est réalisé avec pour variable [ε2(nΔ)= Pecons - Pe(nΔ)], c'est-à-dire l'écart de la pression d'écluse mesurée par rapport à une valeur de pression prédéterminée (Pecons) que devrait théoriquement avoir la pression d'écluse (Pe) sur l'intervalle (T) Cette deuxième variante est particulièrement bien adaptée dans le cas ou l'installation est régulée automatiquement à partir d'une mesure de la pression d'écluse Dans ce cas on utilise pour la pression prédéterminée (Pecons), la valeur de la pression d'écluse qui sert de consigne à la régulation de l'installation
Avantageusement, pour un découpage flou donné, l'indice de stabilité (I) est donné par la formule
I=. r/Δ
où Z représente la valeur d'appartenance à la classe Zéro de la fonction d'appartenance
De préférence, on combinera les deux variantes précitées Dans ce cas on calcule deux indices de stabilité (Islab et Iprec) respectivement pour chaque découpage flou, et on détecte une instabilité de la pression d'écluse (Pe) mesurée lorsqu'au moins un des deux indices de stabilité (I5lab et Iprcc) est inférieur à un seuil prédéterminé (S)
La plage de stabilité du taux de charge d'une installation de transport pneumatique en phase dense dépend non seulement de l'installation elle-même, et plus particulièrement de la longueur et de la géométrie de la conduite de transport du produit en vrac, mais également du type de produit en vrac transporté Ainsi, pour une même installation, lorsque l'on change le type de produit en vrac à transporter, il s'avère nécessaire d'ajuster le taux de charge de l'installation pour que celle-ci fonctionne de manière stable La présente invention a pour autre objet un procédé de détermination automatique d'un point de fonctionnement limite entre une zone de stabilité et une zone d'instabilité d'une installation de transport pneumatique d'un produit en vrac en phase dense
Selon l'invention, le procédé de détermination automatique d'un point de fonctionnement limite consiste, à partir d'un point stable initial connu, à commander automatiquement la variation par pas successifs prédéterminés du débit de produit en vrac et/ou du débit de gaz de transport à l'entrée de l'écluse, et à appliquer à chaque pas le procédé de détection de l'invention précédemment décrit
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va à présent être faite d'une variante particulière de mise en oeuvre du procédé de détection d'un fonctionnement en limite de stabilité d'une installation de transport pneumatique d'un produit en vrac en phase dense, laquelle description est donnée à titre d'exemple non limitatif et en référence au dessin annexé sur lequel - La figure 1 est une représentation du synoptique d'une installation de transport pneumatique d'un produit en vrac en phase dense pilotée par une unité de traitement, qui est programmée pour mettre en oeuvre le procédé de détection automatique d'un point de fonctionnement en limite de stabilité de l'installation conformément à l'invention, - La figure 2 représente le diagramme de stabilité de l'installation de transport pneumatique de la figure 1,
- La figure 3 représente un organigramme permettant la mise en oeuvre d'une variante préférée de réalisation du procédé de détection automatique de l'instabilité de la pression d'écluse de l'installation, - et la figure 4 représente une fonction d'appartenance trapézoïdale particulière qui est utilisée lors de la mise en oeuvre des étapes de l'organigramme de la figure 3
L'installation de transport pneumatique représentée schématiquement à la figure 1 est utilisée pour transporter en phase dense un produit en vrac d'un point à un autre , et dans l'exemple illustré depuis la sortie d'une extrudeuse 1 jusqu'à un silo 2 De manière connue cette installation de transport pneumatique comporte un organe à fonction d'écluse 3 dans lequel sont introduits séparément le produit en vrac à transporter et le gaz de transport , qui est en l'occurrence de l'air Plus particulièrement dans l'exemple illustré, l'écluse 3 comporte une zone 3a dans laquelle sont amenés en contact le produit en vrac et l'air de transport, et qui communique en sortie avec une conduite de transport étanche 4 Le produit en vrac est ainsi transporté par l'air de transport à l'intérieur de la conduite 4 jusqu'au silo 2 La géométrie et la longueur de cette conduite de transport 4 varie d'une installation à l'autre
Le produit en vrac est alimenté dans la zone 3a par l'intermédiaire d'une roue à aubes rotative 3b, qui permet à partir d'un réglage de sa vitesse de rotation, de régler le débit d'introduction du produit en vrac à transporter à l'entrée de la zone 3a Le produit en vrac issu de l'extrudeuse 1 alimente en continu la roue à aubes 3b, par l'intermédiaire d'une trémie 3ç_, ce qui permet de tolérer une certaine fluctuation sur le débit de produit en vrac en sortie d'extrudeuse L'air de transport est alimenté sous une pression donnée dans la zone 3a par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation 7, équipée d'un clapet anti-retour 8 Le système de production de l'air de transport en amont de l'écluse 3 comprend un ou plusieurs compresseurs 5, auxquels est associée en sortie une vanne régulatrice de débit 6 qui est conçue pour assurer un débit d'air de transport donné dans la conduite d'alimentation 7 L'installation de transport pneumatique est pilotée par une unité de traitement 9 qui commande d'une part le débit d'air de transport Qlp dans la conduite d'alimentation 7 au moyen d'un signal de commande 9a à destination de la vanne régulatrice de débit 6, et d'autre part la vitesse de rotation de la roue à aubes 3b et par là-même le débit de produit en vrac Qs , par l'intermédiaire d'un signal de commande 9b à destination du moteur 3d de mise en rotation de la roue à aubes L'installation est en outre équipée d'un capteur 10 permettant de mesurer la pression d'écluse (Pe) exercée par l'air de transport dans la conduite d'alimentation 7 Le capteur 10 est positionné en amont du clapet anti-retour 8 qui le protège contre tout risque de colmatage, et délivre a destination de l'unité de traitement 9 un signal de mesure 10a L'unité de traitement 9 est en outre conçue de manière connue en soi pour commander la vanne régulatrice de débit 6 en fonction d'une pression de consigne prédéterminée Pecons, et à partir du signal de mesure lOa délivré par le capteur 10
On a représenté à la figure 2 le diagramme de stabilité , en phase dense, de l'installation de transport pneumatique de la figure 1 , avec en abscisse le débit d'air de transport (Qφ) au voisinage de la zone 3a, et en ordonnée le débit de produit en vrac (Qs) introduit à l'entrée de la zone 3a de l'écluse 3 La zone de stabilité en phase dense de l'installation est délimitée par un quadrilatère ayant pour sommets les quatre points de fonctionnement en limite de stabilité A,B,C et D Pour que l'installation de transport pneumatique fonctionne de manière stable en phase dense, il faut que le débit du produit en vrac (Qs) et le débit d'air de transport (Qtp) soient réglés en sorte de définir un point de fonctionnement situé à l'intérieur du quadrilatère (A,B,C,D) A l'extérieur de ce quadrilatère, l'installation de transport pneumatique fonctionne de manière instable en ayant un comportement qui dépend de la zone d'instabilité dans laquelle se trouve le point de fonctionnement (Qtp Qs) Si l'on se réfère à la figure 2, la zone d'instabilité correspond par exemple à un produit en vrac transporte en phase diluée Lorsque l'installation fonctionne dans la zone de stabilité délimitée par le quadrilatère (A,B,C,D), le produit en vrac est transporté à l'intérieur de la conduite de transport 4 sous forme de bouchons de matière successifs , sépares par des poches d'air de transport En phase diluée (zone 3), compte-tenu soit de la vitesse importante de l'air de transport , soit de la faible concentration de produit en vrac à l'intérieur de la conduite , ces bouchons se désagrègent Les passages d'un fonctionnement en phase dense (Zone stable) à un fonctionnement en phase diluée (Zone 3), et vice et versa, se traduisent par des coups de bélier dans la conduite de transport qui très rapidement peuvent endommager l'installation En outre, la qualité du produit en vrac transporté se trouve altérée Pour cette raison il est impératif lorsque l'installation de transport pneumatique est conçue pour fonctionnement en phase dense, d'éviter de passer dans la zone 3 d'instabilité
Le quadrilatère de stabilité d'une installation de transport pneumatique dépend de l'installation de transport elle-même, c'est-à-dire notamment de la géométrie et de la longueur de la conduite de transport 4 , mais également du produit en vrac transporté De plus, pour un produit en vrac donné et une installation donnée , on s'est aperçu que les limites de ce quadrilatère de stabilité pouvaient varier dans le temps, notamment en fonction de la qualité du produit en vrac à transporter, de sa température, de la température ou du taux d'hygrométrie ambiant II en résulte d'une part qu'un point de fonctionnement en zone stable pour une installation donnée et un produit en vrac donné ne correspond pas nécessairement à un point de fonctionnement stable pour cette même installation lorsque l'on change de produit en vrac, et d'autre part qu'un point de fonctionnement stable mais proche d'une des frontières du quadrilatère de stabilité (A,B,C,D) peut un jour pour la même installation et le même produit en vrac se trouver en zone instable
Afin de s'assurer que l'installation de transport pneumatique est réglée sur un point de fonctionnement qui se trouve toujours en zone stable, l'unité de traitement 9 est apte , conformément à l'invention, a mettre en oeuvre une procédure de test qui permet de détecter si le point de fonctionnement de l'installation est ou non un point en limite de stabilité , a partir d'une détection de l'instabilité de la pression d'écluse mesurée sur un intervalle de temps prédéterminé
Une variante particulière de la procédure de test mise en oeuvre par l'unité de traitement 9 pour détecter si un point de fonctionnement est ou non en limite de zone stable va à présent être décrite à partir de l'organigramme de la figure 3 Le principe de base de cette détection repose sur une détection de l'instabilité de la pression d'écluse Pe au moyen de deux indices de stabilité Islab et Iprec Plus particulièrement ces deux indices sont calculés automatiquement a partir d'un découpage flou des valeurs de pression d'écluse Pe mesurées Si l'on se réfère à la figure 5, les paramètres initiaux et prédéterminés de cette procédure de test sont
- la période d'échantillonnage Δ et le nombre d'échantillons de la valeur de pression d'écluse Pe mesurée ,
- la fonction d'appartenance utilisée pour le découpage flou , il s'agit en l'occurrence de la classe Zéro de cette fonction d'appartenance , appelée μ0 (x) ,
- la pression de consigne Pecons qui correspond à celle utilisée par l'unité de traitement pour commander l'ouverture de la vanne régulatrice 6, - le seuil de stabilité S qui s'applique aux indices de stabilité Islab et Iprec précités La première étape de test référencée 11 consiste à effectuer à partir du signal de mesure 10a délivré par le capteur de pression 10 une mesure échantillonnée de la pression d'écluse Pe L'unité de traitement 9 acquiert ainsi N échantillons Pe(nΔ) de pression d'écluse II convient de noter que la durée T pendant laquelle s'effectue cette mesure correspond au produit du nombre d'échantillons N par la période d'échantillonnage Δ La durée T, c'est-à-dire le nombre N d'échantillons de mesure pour une période d'échantillonnage donnée Δ, est choisie de préférence égale au temps de parcours moyen du produit en vrac dans l'installation La valeur de la durée T deprendra donc notamment de la longueur de la conduite de transport 4 de l'installation , et de la nature du produit en vrac transporté
Une fois les échantillons de pression d'écluse Pe(nΔ) acquis, on effectue deux traitements distincts , afin de calculer séparément les indices de stabilité Islab (étapes 12 a 15 de l'organigramme de la figure 3) et Iprec (étapes 16 à 18 de l'organigramme de la figure 3) Ces étapes de calcul des deux indices sont suffisamment explicites sur l'organigramme 3 de la figure et ne sont donc pas reprises dans la présente description L'indice Islab rend compte de la stabilité effective de la pression d'écluse Pe par rapport a la pression moyenne Pemovcn calculée sur l'intervalle T L'indice Iprcc rend compte de la précision de la valeur de pression d'écluse Pe par rapport a la consigne de régulation Pecons de la commande de l'ouverture de la vanne 6
Une fois les indices de stabilité IsUlb et Iprec calculés, l'unité de traitement 9 est programmée pour comparer ces deux indices avec le seuil de stabilité S (étape 19) Si l'un des deux indices est inférieur au seuil S alors la pression d'écluse est considérée comme instable Si les deux indices de stabilité Ist8b et Iprcc sont supérieurs au seuil S, on effectue une deuxième série de mesures en reprenant la procédure à l'étape 1 1 (boucle 20) Si à l'issue de cette deuxième procédure de test les deux indices de stabilité Istab et Iprtc sont toujours supérieurs au seuil S, alors la pression d'écluse est considérée comme étant stable Il est préférable d'utiliser les deux indices IsUb et Iprcc , car il peut arriver pour des produits reconnus difficiles d'avoir des comportements de la pression d'écluse Pe qui ne sont pas linéaires dans les zones frontières du quadrilatère de stabilité (A,B,C,D) . Par exemple, l'installation peut se stabiliser pendant plusieurs temps de parcours (T) successifs autour d'une valeur de pression différente de la pression de consigne demandée - dans ce cas Iaωb sera proche de la valeur 1 mais Iprec sera proche de la valeur zéro - , puis soit se stabiliser effectivement autour de la valeur de consigne de pression, soit chuter brutalement et rentrer en oscillation indiquant une zone d'instabilité de pression. II convient ici de préciser que le procédé particulier de détection de l'instabilité de la pression d'écluse de la figure 9 n'est pas limité à une seule itération (boucle 20) mais pourrait être mis en oeuvre avec un nombre plus important d'itérations ou au contraire sans aucune itération, le critère de stabilité s'appliquant dans ce cas sur une seule série de mesures échantillonnées (étape 11). Le nombre d'itérations correspondant à la boucle 20 de l'organigramme de la figure 3 détermine la durée (t) pendant laquelle on applique le critère de stabilité selon l'invention.
Dans un exemple préféré de réalisation, la fonction d'appartenance utilisée était trapézoïdale, la classe Zéro (μ0(x) de cette fonction d'appartenance étant représentée sur la figure 4.
Le procédé de détection d'un point de fonctionnement en limite de stabilité mis en oeuvre par l'unité de traitement 9 , peut avantageusement être mis en oeuvre dans un logiciel de surveillance automatique et d'aide à la conduite du fonctionnement d'une installation de transport pneumatique d'un produit en ' vrac en phase dense. Ce logiciel affiche par exemple pour un opérateur le signal de pression d'écluse mesurée, traite automatiquement ce signal conformément au procédé de détection de l'invention, et affiche en permanence pour l'opérateur dans une fenêtre de dialogue l'état de l'installation (stable, non stable). L'opérateur doit alors modifier manuellement les paramètres de son installation (débit produit en vrac et/ou débit air de transport) pour trouver un point de fonctionnement stable. Dans le cadre de ce logiciel de surveillance et d'aide à la conduite, l'unité de traitement 9 pourra en outre générer un signal d'alarme visuel ou sonore, à chaque détection d'une instabilité de pression d'écluse Pe. Par ailleurs on peut également envisager de concevoir l'unité de traitement 9 de telle sorte que celle-ci ajuste automatiquement le débit du transport et/ou de produit en vrac au moyen des signaux de commande 9a, 9b, afin de suivre l'évolution dans le temps du diagramme de stabilité, qui pour une installation et un produit en vrac donnés, varie en fonction de la qualité du produite en vrac, et des conditions de température, de pression ou d'humidité dans l'air.
Dans une autre application, l'unité de traitement 9 pourra être conçue en sorte de caractériser automatiquement un point de fonctionnement en limite de stabilité, notamment préalablement à la mise en service définitive de l'installation pour le transport d'un produit en vrac donné. A cet effet, l'unité de traitement sera conçue pour régler l'installation par l'intermédiaire des signaux de commande 9a, 9b sur un point de fonctionnement initial Po stable (figure 2) , puis pour faire varier par pas successifs prédéterminés le débit de produit en vrac Qs (signal de commande 9b) et/ou le débit d'air de transport Qtp (signal de commande 9a), en appliquant à chaque pas successif la procédure de test de la figure 3, et ce jusqu'à détecter une frontière du diagramme de stabilité , tel que par exemple la frontière
F avec la zone 3 d'instabilité (Figure 2). Dans le cadre de l'exemple particulier de réalisation qui a été décrit en référence aux figures 1 à 4, la pression d'écluse Pe est mesurée en amont de l'écluse dans la conduite d'alimentation 7. D'une manière plus générale, dans le cadre de l'invention cette mesure pourrait être effectuée dans la zone 3a de l'écluse, ou dans la conduite de transport 4 à proximité du point d'introduction du produit en vrac dans la conduite de transport 4.

Claims

REVENDICATIONS
1 Procédé de détection automatique d'un fonctionnement en limite de stabilité d'une installation de transport pneumatique d'un produit en vrac en phase dense, dans laquelle le gaz de transport et le produit en vrac sont introduits séparément dans une écluse (3) qui communique en sortie avec une conduite (4) pour le transport pneumatique du produit en vrac, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer la pression (Pe) , dite pression d'écluse, qui est exercée par le gaz de transport au voisinage de la zone d'introduction (3a) du produit en vrac dans la conduite de transport (4), et à détecter une instabilité de la pression d'écluse (Pe) mesurée, sur une durée prédéterminée (t), au moyen d'un critère de stabilité prédéfini
2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le critère de stabilité consiste à réaliser au moins un découpage flou des valeurs de pression (Pe) mesurées, selon une fonction d'appartenance (μ), une période d'échantillonnage (Δ), et sur un intervalle (T) prédéfinis, et à calculer un indice de stabilité (I) à partir de ce découpage flou
3 Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'un découpage flou est réalisé avec pour variable [ε,(nΔ)= Pemoyen - Pe(nΔ)], c'est-à-dire l'écart de la pression d'écluse mesurée par rapport à la pression d'écluse moyenne sur l'intervalle (T) 4 Procédé selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce qu'un découpage flou est réalisé avec pour variable [ε2(nΔ)= Pecons - Pe(nΔ)], c'est-à-dire l'écart de la pression d'écluse mesurée par rapport à une valeur de pression prédéterminée (Pecons) que devrait théoriquement avoir la pression d'écluse (Pe) sur l'intervalle (T) 5 Procédé selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que pour un découpage flou donné, l'indice de stabilité (I) est donné par la formule
T/Δ
où Z représente la valeur d'appartenance à la classe Zéro (μ0 [x]) de la fonction d'appartenance 6 Procédé selon les revendications 3, 4 et 5 caractérisé en ce que l'on détecte une instabilité de la pression d'écluse (Pe) mesurée lorsqu'au moins un des deux indices de stabilité (Istab et Ipréc), qui sont calcules pour chaque découpage flou, est inférieur à un seuil prédéterminé (S)
7 Procédé selon l'une des revendications 2 à 6 caractérisé en ce que la fonction d'appartenance est une fonction trapézoïdale
8 Procédé de détermination automatique d'un point de fonctionnement limite entre une zone de stabilité et une zone d'instabilité d'une installation de transport pneumatique d'un produit en vrac en phase dense, dans laquelle le gaz de transport et le produit en vrac sont introduits séparément dans une écluse (3) qui communique en sortie avec une conduite (4) pour le transport pneumatique du produit en vrac, caractérisé en ce qu'il consiste à partir d'un point stable initial connu (P0), à commander automatiquement la variation par pas successifs prédéterminés du débit de produit en vrac (Qs) et/ou du débit du gaz de transport (Qtp) à l'entrée de l'écluse (3), et à appliquer à chaque pas le procédé de détection visé à l'une quelconque des revendications 1 à 7
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