EP0878983A1 - Système de régulation et de pilotage d'une torche à plasma - Google Patents

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EP0878983A1
EP0878983A1 EP98401142A EP98401142A EP0878983A1 EP 0878983 A1 EP0878983 A1 EP 0878983A1 EP 98401142 A EP98401142 A EP 98401142A EP 98401142 A EP98401142 A EP 98401142A EP 0878983 A1 EP0878983 A1 EP 0878983A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
torch
power
arc
temperature
regulation
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Withdrawn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
EP98401142A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Philippe Donnart
Daniel Loubet
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.)
Airbus Group SAS
Original Assignee
Airbus Group SAS
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 Airbus Group SAS filed Critical Airbus Group SAS
Publication of EP0878983A1 publication Critical patent/EP0878983A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/36—Circuit arrangements

Definitions

  • the invention relates to the field of torches with plasma; in particular, it concerns regulation and piloting a plasma torch.
  • a torch can be considered in itself.
  • a torch is generally associated with an industrial process to which it provides thermal energy and with which it exchange of control data.
  • the present invention therefore also relates to the operation of a plasma torch system (torch system), that is to say comprising a torch and a set of easements associated with it for fulfill its mission.
  • a plasma torch system that is to say comprising a torch and a set of easements associated with it for fulfill its mission.
  • System automation design torch depends on its conditions of use in the process.
  • the torch can be inserted, for example partially in an oven heated to high temperature with a corrosive atmosphere. It is then cooled internally and externally.
  • the torch system must have a cycle of long operation with high reliability and sufficient continuous running time so as not to disrupt or prematurely stop the process industrial.
  • Document EP-565,423 describes a system of piloting of a plasma torch.
  • Control means allow to control the arc current and the gas flow plasmagen.
  • a type of control valve pneumatic control is controlled by a positioner electropneumatic associated with a flow amplifier pneumatic. This makes it possible to make the valve opening and closing variations with variations in setpoints delivered by the Control measures.
  • Such a torch control system is complex and requires the implementation of means fairly frozen materials.
  • the valve described in this document is mechanical fairly accurate.
  • this control system is fixed for each torch and each application. It is possible to modify the setpoint values used, but a control system designed for a torch given or a given application is not compatible with another torch, different, or another application.
  • This document does not address the problem external disturbances such as variations humidity of the plasma gas or the state of wear of the electrodes. However, such disturbances can occur produce, especially after a period of use long enough of the torch.
  • the invention provides a new system for regulation of a plasma torch to resolve the above problems.
  • optimal tension is meant a tension previously chosen by the designer.
  • such an optimal voltage can be the voltage corresponding to a maximum efficiency of the torch and / or minimal wear of the electrodes.
  • Such a system does not require regulation mechanical air flow.
  • such a system does not no problem with speed or acceleration of the response of an element to a command of the means of control.
  • the means of regulation during their ramp operation, allow reach a power setpoint.
  • the means of regulation allow to stabilize the power of the ramp.
  • Such a system also offers the advantage depending on external disturbances ( variations in resistivity or gas pressure plasmagen, which is in direct contact with electrodes) which could possibly affect the poorly regulated torch operation.
  • the system of regulation according to the invention is such that a defect of this type of plasma gas or supply circuit gas does not affect the torch system. Indeed, a variation in resistivity, or some other disturbance, produces a variation of the voltage which is brought back then at its optimal value.
  • Means may be provided to determine, depending on the difference between the power value actual electrical and the setpoint of the power, according to which of the two regimes the means of control must work.
  • Regulation control can be provided to act on the arc current values and / or the air flow to change the power values actual and arc voltage.
  • Such a system may further include means for modifying the power setpoint when the means of regulation operate in regime permanent; We then have a system that can function optimally, whatever setpoint changes imposed by the operator, and without the need to stop the torch.
  • power regulation can be associated with a temperature regulation of the environment in which the torch works.
  • the means for controlling power regulation can then also be used as means for control the temperature regulation.
  • the means for controlling the regulation of the temperature comprise means for producing a signal for controlling the variation of the power of the torch as a function of an operating temperature T of the device in which the torch is placed and of the inertia (C P ) of the device.
  • the invention also provides various means of monitoring of the system constituted by the torch and its environment.
  • the torch can, in fact, be coupled to a very expensive device, such as for example a blast furnace or a foundry cupola or a furnace waste treatment.
  • a defect in one of the easements torch can have dire consequences not only on the torch itself, but also on all the device located downstream.
  • the steering system of the torch may include means for sending to an operator interface for warning signals or allowing to send a stop signal operation upon the occurrence of faults fluid supply means or means power supply to the plasma torch.
  • a stop signal is sent before a signal alert.
  • the air plasmagen is injected through the injection chamber 6, located between the electrodes, and is evacuated through of the downstream electrode 4.
  • the electric arc is then created by the establishment of the arc current and by the recoil synchronized with choke 10, which previously maintained short circuit the upstream electrode 2 and the electrode downstream 4.
  • this short-circuit arc has the effect of locally overheating the air plasma and make it electrically conductive.
  • the electric arc thus becomes a self-sustaining phenomenon.
  • Air brought to very high temperature by the arc electric, constitutes the plasma jet which is projected outside the torch.
  • the electrodes are cooled by a water circulation whose inlet and outlet are designated in Figure 1 by the references 14 and 16 for the downstream electrode 4 and 24 and 26 for the electrode upstream 2. This water is demineralized in order to maintain sufficient electrical isolation in the torch.
  • the life of the torch is improved by rotating and moving longitudinally the upstream and downstream arc feet in the electrodes so to avoid the melting of the material and to distribute the wear material on the largest possible surface.
  • This action is carried out in the upstream electrode at field coil 8 which can be powered in series with the direct current of the arc or have a separate power supply.
  • the foot arc is rotated by the swirl effect air injected into a vortex.
  • the regulation and control programs of the torch are loaded in the industrial automat 34.
  • This essentially comprises a unit central and input / output cards. It is programmed from a personal computer (PC). AT this end for example the constructor of the controller provides software to create a binary program in the PLC.
  • the dialogue with the automaton is carried out via an exchange table, or memory area, by a supervision device. From the outside, the supervision (PC) sends messages at the exchange table.
  • the machine comes to read the state of the table and puts the system (for example: a cooling circuit pump) compliance with memory or exchange table.
  • the automatic device provided in the context of this invention can for example work with a cycle between approximately 10 ms and 100 ms (speed of reaction). Preferably, a cycle is used fast, around 10 ms.
  • PLC 34 sends control signals via links 41, 43, 53.
  • sensors 39, 40 make it possible to measure the voltage and current supplied to electrodes 2, 4 of the torch.
  • the sizes supplied by these sensors are digitalized and allow calculate the actual power at which it operates the torch.
  • a temperature sensor 42 can be intended to measure the temperature at which takes place a process maintained by the torch 1.
  • This network of operating points is therefore unique for each type of torch.
  • FIG. 3 An example of an abacus (isodebit curves) of operating points is given in figure 3, for an 800 kW power torch.
  • the curves I, II, III, IV correspond respectively to plasma gas flow rates of 10g / s, 15g / s, 20g / s, 30g / s.
  • the other curves correspond to flow rates then increasing from 10g / s to 10g / s (40g / s, 50g / s, ).
  • control parameter In order to control the torch, it it is therefore possible to choose one of these two parameters as control parameter.
  • I and Q are very good control parameters adapted, the voltage U arising from the chosen values by these parameters.
  • the optimum operating point associating the length arc, efficiency and enthalpy.
  • a power P and a voltage U correspond to each point concerned.
  • An example of such a curve is given in FIG. 4 (curve C 1 ).
  • the operation along the curve C 1 is optimum, but other operating regimes are possible. Indeed, the curve C 1 corresponds to the case where the torch operates with maximum efficiency. From a point on the curve C 1 , a variation in the value of the voltage and / or of the electric power results in a reduction in the operating efficiency.
  • the curve C 1 constitutes an operating objective of the torch, to be achieved.
  • the arc current I and air flow Q values are varied so as to vary the arc voltage U.
  • the variations in current I and in voltage U cause variations in power.
  • P UI
  • the power of the torch increases until reaching the power setpoint (this is the operation in ramp mode).
  • the regulation then consists in modifying the setpoints for air flow Q and arc current I to approach the value P r , measured, of CPUIS, with an optimal arc voltage (U optimal ) which depends on the instantaneous power. real P r .
  • FIG. 5 is a flowchart of the power regulation according to the present invention.
  • Figure 6 shows a flowchart of the operation in ramp mode of the regulation according to the present invention.
  • This diet allows you to quickly reach the CPUIS value, either when the torch starts, or when the CPUIS setpoint is changed at during torch operation.
  • the values of Q and I are incremented (according to first increments of ⁇ Q 1 and ⁇ I 1 ), with a periodicity DT 1 , according to a slope of rise or fall in power.
  • This operating regime makes it possible to increase or decrease the power of the torch while remaining as close as possible to the optimal voltage U optimal
  • ⁇ P becomes less than ⁇ P ra
  • the ramp regime is abandoned in favor of the permanent regime.
  • Steady-state operation consists in maintaining the real power at the value of the set power, when this is reached, with a tolerance ⁇ P ra , and this while keeping the optimal arc voltage U optimal .
  • Figure 7 is a flow chart of the scheme regulation process according to the invention.
  • the torch control system remains in permanent operation as long as a modification of the CPUIS power setpoint does not intervene.
  • the method according to the invention makes it possible to change the real power of the torch as a function of time, while remaining as close as possible to the optimal operating conditions or to the conditions chosen by the operator.
  • the power increases first according to a ramp regime, to reach a setpoint CPUIS 1 at the instant t 1 .
  • This setpoint is maintained until time t ' 1 , where the operator modifies the power setpoint in CPUIS 2 : the operation is then again operation in ramp mode (decreasing) until time t 2 .
  • steady state operation makes it possible to maintain the power substantially at CPUIS 2 .
  • a new power setpoint CPUIS 3 is introduced by the operator. The process then returns to ramp mode to reach this new setpoint, until time t 3 . From t 3 , the torch works again in steady state. Such operation can be continued as long as necessary.
  • the torch regulation process makes the power of the torch almost independent of internal or external factors (disturbances) which can influence the parameters of control I and Q.
  • the state of wear of the electrodes, the pressure of the plasma gas, its composition are parameters which are likely to vary during the torch operation and which could therefore influence its performance and derive the power supplied.
  • the regulatory system avoids this problem.
  • the humidity of the plasma gas increases, it this results in a decrease in the tension between the electrodes (gas resistivity decreases). According to process described above, this results in a decrease current and / or increased flow, which tend to bring the voltage back to its optimal value.
  • the influence of humidity is therefore compensated automatically. The same applies to the influence of other disturbances.
  • the power regulation process described above only involves the torch itself. Such a process does not take into account the environment in which the torch operates.
  • the torch works in a device or environment to which it brings energy, this device or this environment to be brought to a temperature given, for example constant or cyclic.
  • the contribution required for temperature maintenance can also be variable depending on the state in which is the device or the environment. If, by example, the torch is used with or in an oven, it may be necessary to vary the intake thermal during oven loading phases, or oven temperature homogenization phases.
  • the invention allows temperature regulation of the environment in which the torch is placed.
  • This temperature regulation based on the modulation of the power of the torch, is implemented to bring the environment to a set temperature CT f and maintain it at this temperature.
  • This temperature regulation is a second level regulation which is superimposed on the power regulation, which is always active.
  • the temperature regulation consists in incrementing or decrementing the power of the torch by a certain number of times an increment ⁇ P, in order to reach the temperature of the final CT f oven, respecting the slope C P.
  • the temperature of the environment is measured (using the temperature sensor 42, FIG. 2).
  • This value T m is memorized, as is the value of the temperature T m-1 of the previous cycle.
  • This last quantity is the effective slope temperature rise or fall in the oven, in ° C / h, for cycle m.
  • the evolution of the temperature as a function of time is represented diagrammatically in FIG. 9.
  • the straight line of slope Cp represents the evolution of the set temperature of the environment.
  • the actual temperature and the actual temperature slope are respectively measured and calculated.
  • the corresponding value of increment or decrement, in power is plotted on the graph.
  • the temperature difference, compared to the instantaneous setpoint is greater than ⁇ T, which leads to a power increment of 2 ⁇ P; moreover, the difference between the real slope and C P results in a power increment of ⁇ P, hence a total power increment of 3 ⁇ P.
  • the temperature regulation makes use of power regulation. But in some applications, power regulation can be performed without temperature regulation. When the two are used, a double regulation is obtained of the system constituted by the plasma torch.
  • the means 32 for supplying the torch with fluid will now be described.
  • Figure 11 is a diagram of circuit 32 of torch cooling.
  • the plasma torch is continuously cooled by circulation of demineralized water under pressure, in its inner part, around the upstream electrodes and downstream, around the field coil and in its part outside, around the downstream outer envelope.
  • This cooling water circulation in the torch is provided by a pump 48 and allows energy to be dissipated transmitted to the walls by the electric arc, as well as by the temperature of the device or the environment in which is located the downstream end of the torch.
  • the torch cooling water is demineralized to guarantee electrical isolation of various live parts of the torch.
  • the resistivity of the water is checked by permanently using a resistivity sensor connected to PLC 34 ( Figure 2). Automatic regeneration of part of the water flowing in the torch maintains the resistivity above a minimum threshold.
  • a solenoid valve 50 controls the water intake 52 in the demineralized water circuit consisting of demineralization cartridges 54 and reservoir 46.
  • a circuit 60 for recycling water from demineralization helps maintain the quality of demineralized water passing through the torch. This circuit, bypass on the tank, passes part of water in the 54 resin cartridges demineralization and reinjects it into the reservoir 46, when the circulation of water in the torch is activated.
  • Demineralization is therefore done automatically by a permanent bypass of the water circuit, without the intervention of the automaton.
  • the recycling rate is adjusted manually by a valve.
  • a pressure sensor 47 makes it possible to monitor pressurization of the cooling circuit. If the pressure becomes below a fault threshold, there electric torch stop.
  • the tank filling cycle 46 allows permanently obtain a supply of demineralized water sufficient to ensure optimum cooling of the torch in service. It automatically engages following a drop in water pressure (given by the tank pressure sensor) when this reaches the minimum threshold and stops when the threshold maximum is reached. The different thresholds are detected by comparison between the analog measurement of pressure and thresholds stored in the PLC. It is the latter who then orders the opening of the valve 50.
  • a level sensor 45 stops the cooling pump in the event of a major leak to prevent the pump from running dry.
  • the evacuation of the energy captured by the circuit cooling is provided by an exchanger (plate heat exchanger) 42 common with a water circuit secondary 44.
  • the latter may include a air cooler operating on the principle of evaporation and form a closed loop or, more simply be open loop with a continuous flow lost water, depending on availability or choice of device installation site.
  • a circuit 56 comprising a valve 58, can be provided to provide emergency cooling. It is connected for example to the city network and brings therefore non-demineralized water with torch 1, which pollutes the water circuit. This device is intended for intervene only when the pumps are stopped and that the torch is still in the device in which it operates.
  • the operating parameters pressure, flow, water temperature, resistivity
  • the operating parameters can be continuously measured and, in case of drift of one operator can be alerted before security actions are not required.
  • the means for generating and controlling the flow of plasma gas supplied to the torch will now be described, in conjunction with FIG. 12.
  • the plasma gas can be air coming from an industrial air network, or from a compressor.
  • the minimum available pressure should preferably be of the order of 6 bars, and the flow rate of 300 Nm 3 / h, or approximately 110 g / s, at a power of 800 kW.
  • the air is de-oiled, dried and filtered to about 1 / 10th of micrometer, using filtering means 64 and a drying device 66.
  • a buffer tank 68 creates an air reserve and avoids pressure fluctuations generated by the compressor upstream of the control valve 29.
  • a flow meter 70 makes it possible to measure the flow air sent to torch 1.
  • This flow is controlled by the pilot valve, or regulation valve, 29 (Cf. figure 2).
  • the automaton 34 which ensures the starting and stopping of the drying, compressor, and opening and closing of the regulating valve 29. As soon as the torch is not no longer in position of withdrawal from its place of use, a minimum air flow is emitted in the torch to avoid internal pollution.
  • the flow meter 70 provides a measured value of the flow which can be compared, in the automaton 34, to one or more threshold values, for example a alarm threshold value and / or a threshold value default.
  • a warning signal is sent to an operator.
  • the crossing the fault threshold results in stopping the torch, dryer and compressor; valve 29 is then also closed, except for the case where the torch is still at its place of use, in which case a minimum air circulation value is maintained, this which prevents pollution of the torch by the environment.
  • the regulation provided for in the framework of the present invention has the advantage an external disturbance on the air circuit (e.g. a change in air humidity, or a change in air pressure) does not cause a torch stop. The operator can be warned, but the regulating device according to the present invention allows to react and compensate for disturbances air flow.
  • an external disturbance on the air circuit e.g. a change in air humidity, or a change in air pressure
  • the gas flow is controlled in depending on the power, or possibly the required gas enthalpy, before being injected into the torch.
  • the torch starting device (or “starter") will now be described, in conjunction with FIG. 13, where it is designated by the reference 71.
  • the choke device ensures maintenance under pressure of the actuator hydraulic circuit. In addition, it controls the advance and retreat of the cylinder start 2 (figure 1). It is this device which ensures striking the arc in the torch. Before priming, it is in the advanced position, the upstream electrode is at contact of the downstream electrode and creates a short circuit. At startup, during the establishment of the arc current, this cylinder quickly moves the electrode back upstream and "draws" the arc between the two electrodes.
  • the reference 74 designates a tank which contains the oil of the hydraulic circuit.
  • a pump 76 causes part of the oil to rise in a double accumulator 78. The upper part of it contains air.
  • the pressure switch 80 cuts the pump motor 76.
  • the pressure switch 82 restarts the pump when the oil pressure reaches a low limit.
  • a pressure fault 84 pressure switch prohibited starting the torch if the oil pressure is not not sufficient.
  • a distributor 87 has a part 86 associated with the choke advance function and a part 88 associated with the choke recoil function.
  • the distributor is in the position of recoil of the choke: the oil pressure is therefore directed towards the rear of the cylinder.
  • each of the priming cylinder compartments is then associated with a flow restrictor 89-90, 91-92.
  • Each has a non-return valve 89, 91 and a flow restrictor 90, 92.
  • the limiters are mechanical control systems that allow oil to go to and from the cylinder.
  • the oil returns to the tank via an oil filter 93 (oil filter 10 ⁇ m). Finally, the reservoir 74 is equipped with a air 94.
  • the power supply means provide the supply of the field coil 8 (figure 1) and the arc 18 ( Figure 1) either arranged in series, or separate, from a high voltage network.
  • the power supply means 30 are shown schematically in Figure 14. They include a high voltage power supply 100, a transformer 102 (usually two-phase) and a rectifier 104. They provide a supply of direct current to the torch electrodes and to the field coil. A smoothing choke 114 of a overvoltage 112 absorbs current fluctuations from the electric arc.
  • Arc rectifier 104 consists of essentially from Graetz bridges (e.g. 6 thyristors by bridge). Means 110, of the type fans, ensure circulation sufficient air in rectifier 104.
  • Monitoring of faults in the means power supply is centralized at the level of rectifiers 104. Transmission of information on faults is carried out directly to the PLC 34.
  • Standard sensors allow measurement arc current and arc voltage values in torch 1.
  • Arc currents can be associated with alarm and fault thresholds (e.g. 50 amps for the alarm threshold and 100 amperes for the default). The crossing of these thresholds leads, in the first case, the emission of an alarm signal from arc current and, in the second case, stopping the torch.
  • alarm and fault thresholds e.g. 50 amps for the alarm threshold and 100 amperes for the default. The crossing of these thresholds leads, in the first case, the emission of an alarm signal from arc current and, in the second case, stopping the torch.
  • a minimum threshold below which the voltage is too low a minimum threshold below which the voltage is too low
  • an alarm threshold a threshold default.
  • a corresponding alarm signal is sent by the PLC 34.
  • torch 1 is stopped.
  • the regulatory system of the invention is a system with two nested loops: a first loop concerns power regulation and a second loop concerns temperature regulation.
  • Chain of the torch system is represented schematically in Figure 15.
  • the left column contains the setpoints T (temperature of the device or the environment of the torch), P (in kW, electric power supplied to the torch), I (in A, current) and Q (in Nm 3 / h, plasma gas flow).
  • a manual setpoint 120 allows the operator to select only the power regulation function. Furthermore, a setpoint 122 makes it possible to set the power to a minimum value P minimum , for example in the case where the torch is used in an oven and where the latter is under overpressure.
  • Power regulation then takes place as described above (block 124 in Figure 15).
  • instructions 126, 128 may further be provided to block current I and flow Q at their fixed set value (in which case there is no longer power regulation).
  • Disturbances 131, by example of air flow, are taken into account.
  • the function F represents the transfer function of the torch.
  • the temperature regulation takes place, it also, as described above (block 132 in the figure 15).
  • the method can authorize or prevent the torch system operation according to the state of different easements (supply of plasma gas, cooling circuit, etc.) as already described above.
  • the invention set out in this application is particularly well suitable for regulating and / or piloting a torch with plasma with a power greater than 100 kW, for example with a power equal to 800 kW, or 2MW or 4 MW.

Abstract

L'invention concerne un système pour le pilotage d'une torche à plasma (1), comportant : des moyens (34) pour mémoriser une courbe de la tension d'arc de la torche, dite courbe de tension optimale, en fonction de la puissance électrique réelle fournie à la torche, des moyens pour commander une régulation de la puissance de la torche, et fonctionnant : selon un premier régime, dit régime de rampe, afin que la puissance réelle atteigne une valeur dite valeur de consigne de la puissance, avec une tension d'arc qui évolue, à une marge d'erreur près, avec la tension optimale, selon un second régime, dit régime permanent, afin de stabiliser la puissance réelle autour de la valeur de consigne, avec une tension d'arc égale, à une marge d'erreur près, à la tension optimale. <IMAGE>

Description

Domaine technique et art antérieur
L'invention concerne le domaine des torches à plasma ; en particulier, elle concerne la régulation et le pilotage d'une torche à plasma.
Une torche à plasma est un appareil électrique de forte puissance qui délivre un gaz ionisé à haute température (>3500°C). Elle a des applications industrielles dans des domaines qui demandent des températures très élevées tels que :
  • l'environnement, pour la destruction ou la vitrification de déchets dangereux,
  • la chimie, pour la synthèse de certains produits,
  • la sidérurgie et la métallurgie, pour le réchauffage de hauts fourneaux et de cubilots.
Le fonctionnement d'une torche peut être considéré en soi. Cependant, une torche est généralement associée à un procédé industriel auquel elle apporte l'énergie thermique et avec lequel elle échange des données de pilotage.
Le fonctionnement d'une torche à plasma requiert alors la mise en oeuvre simultanée de plusieurs servitudes, pilotées par un automatisme qui assure la fonction contrôle/commande du système torche.
La présente invention concerne donc également le fonctionnement d'un système à torche à plasma (système torche), c'est-à-dire comportant une torche et un ensemble de servitudes qui lui sont associées pour assurer sa mission.
La conception de l'automatisme du système torche dépend de ses conditions d'utilisation dans le procédé.
La torche peut être par exemple introduite partiellement dans un four porté à haute température avec une ambiance corrosive. Elle est alors refroidie intérieurement et extérieurement.
Le système torche doit avoir un cycle de fonctionnement long avec une grande fiabilité et une durée de marche continue suffisante pour ne pas perturber ou arrêter prématurément le procédé industriel.
Système de haute technologie, la mise en oeuvre d'une torche à plasma doit cependant rester simple et utilisable par des opérateurs n'ayant pas de connaissances spécifiques.
Le document EP-565 423 décrit un système de pilotage d'une torche à plasma.
Dans ce système de l'art antérieur, une mesure de la tension d'arc et de l'intensité d'arc est réalisée en continu. Des moyens de contrôle permettent de commander le courant d'arc et le débit du gaz plasmagène. Enfin, une vanne de régulation du type à commande pneumatique est commandée par un positionneur électropneumatique associé à un amplificateur de débit pneumatique. Ceci permet de rendre compatibles les variations d'ouverture et de fermeture de la vanne avec des variations de valeurs de consigne délivrées par les moyens de contrôle.
Un tel système de contrôle d'une torche est complexe et nécessite la mise en oeuvre de moyens matériels assez figés. En particulier, la vanne décrite dans ce document est d'un fonctionnement mécanique assez précis. Par ailleurs, ce système de contrôle est fixé pour chaque torche et chaque application. Il est possible de modifier les valeurs de consigne utilisées, mais un système de régulation conçu pour une torche donnée ou une application donnée n'est pas compatible avec une autre torche, différente, ou une autre application.
De plus, un tel système n'optimise pas le fonctionnement de la torche. Le document EP-565 423 ne donne aucune information sur la manière d'atteindre une puissance de consigne, ni sur le problème de la stabilisation de la puissance de la torche lorsqu'une valeur de consigne de la puissance est atteinte.
Ce document ne traite pas non plus du problème des perturbations extérieures telles que les variations de l'humidité du gaz plasmagène ou l'état d'usure des électrodes. Or, de telles perturbations peuvent se produire, en particulier après un temps d'utilisation assez long de la torche.
Dans ce cas, la puissance réelle fournie par la torche se trouve affectée, ce qui est préjudiciable à son bon fonctionnement ainsi qu'à l'entretien du procédé pour lequel elle est utilisée.
Exposé de l'invention
Il se pose donc le problème de trouver un autre système de régulation d'une torche à plasma, d'utilisation plus souple que celui décrit ci-dessus.
Il se pose également le problème de réaliser un système de régulation ou de contrôle d'une torche à plasma ne nécessitant pas l'utilisation d'une vanne à commande pneumatique, avec positionneur et amplificateur de débit.
Il se pose également le problème de trouver un système de régulation compatible avec un fonctionnement optimal de la torche, préalablement établi.
Enfin, il se pose également le problème de trouver un fonctionnement de la torche qui soit peu perturbé par des variations de composition du gaz plasmagène ou par l'usure des électrodes.
L'invention propose un nouveau système de régulation d'une torche à plasma permettant de résoudre les problèmes ci-dessus.
L'invention a pour objet un système de pilotage d'une torche à plasma, comportant :
  • des moyens pour mémoriser une courbe de la tension d'arc de la torche, dite courbe de tension optimale, en fonction de la puissance électrique réelle fournie à la torche,
  • des moyens pour commander une régulation de la puissance de la torche, et fonctionnant :
    • selon un premier régime, dit régime de rampe, afin que la puissance réelle atteigne une valeur dite valeur de consigne de la puissance, avec une tension d'arc qui évolue, à une marge d'erreur près, avec la tension optimale, ou qui suit, à une marge d'erreur près, la tension optimale,
    • selon un second régime, dit régime permanent, afin de stabiliser la puissance réelle autour de la valeur de consigne, avec une tension d'arc égale, à une marge d'erreur près, à la tension optimale.
On entend par tension optimale une tension préalablement choisie par le concepteur. Pour une puissance donnée, une telle tension optimale peut être la tension correspondant à un rendement maximum de la torche et/ou à une usure minimale des électrodes.
Un tel système ne nécessite pas de régulation mécanique du débit d'air. De plus, un tel système ne présente pas de problème de rapidité ou d'accélération de la réponse d'un élément à une commande des moyens de contrôle.
Enfin, un tel système est compatible avec tout système de torche à plasma, car il ne nécessite, pour chaque torche, que la connaissance de la fonction déterminant un fonctionnement optimal de la torche.
Les moyens de régulation, lors de leur fonctionnement en régime de rampe, permettent d'atteindre une valeur de consigne de la puissance.
Les moyens de régulation, lors de leur fonctionnement en régime permanent, permettent de stabiliser la puissance de la rampe.
Un tel système offre en outre l'avantage suivant vis-à-vis des perturbations extérieures (des variations de la résistivité ou de la pression du gaz plasmagène, qui est directement en contact avec les électrodes) pouvant éventuellement affecter le fonctionnement d'une torche mal régulée. Le système de régulation selon l'invention est tel qu'un défaut de ce type du gaz plasmagène ou du circuit d'alimentation en gaz n'affecte pas le système torche. En effet, une variation de la résistivité, ou une autre perturbation, produit une variation de la tension qui est ramenée ensuite à sa valeur optimale.
Des moyens peuvent être prévus pour déterminer, en fonction de l'écart entre la valeur de la puissance électrique réelle et la valeur de consigne de la puissance, selon lequel des deux régimes les moyens de commande de la régulation doivent fonctionner.
La commande de la régulation peut être prévue pour agir sur les valeurs de courant d'arc et/ou du débit d'air afin de modifier les valeurs de puissance réelle et de tension d'arc.
Un tel système peut en outre comporter des moyens pour modifier la valeur de consigne de puissance lorsque les moyens de régulation fonctionnent en régime permanent; On dispose alors d'un système pouvant fonctionner de manière optimale, quelles que soient les modifications de consigne imposées par l'opérateur, et sans avoir besoin d'arrêter la torche.
Par ailleurs, la régulation en puissance peut être associée à une régulation en température de l'environnement dans lequel la torche travaille. Les moyens pour commander la régulation en puissance peuvent être alors également utilisés comme moyens pour commander la régulation de température.
L'invention a donc également pour objet un système de régulation d'une torche à plasma, à deux boucles imbriquées :
  • une première boucle, de régulation en puissance,
  • une seconde boucle, de régulation en température.
De préférence, les moyens pour commander la régulation de la température comportent des moyens pour produire un signal de commande de variation de la puissance de la torche en fonction d'une température T de fonctionnement du dispositif dans lequel est placé la torche et de l'inertie (CP) du dispositif.
L'invention prévoit également divers moyens de surveillance du système constitué par la torche et son environnement. La torche peut, en effet, être couplée à un dispositif très coûteux, tel que par exemple un haut-fourneau ou un cubilot de fonderie ou un four de traitement de déchets. Un défaut d'une des servitudes de la torche peut avoir des conséquences désastreuses non seulement sur la torche elle-même, mais aussi sur tout le dispositif situé en aval.
Une surveillance très étroite des diverses servitudes qui permettent à la torche de fonctionner est donc parfois nécessaire.
A cette fin, le système de pilotage de la torche peut comporter des moyens permettant d'envoyer à une interface opérateur des signaux d'alerte ou permettant d'envoyer un signal d'arrêt de fonctionnement lors de la survenance de défauts des moyens d'alimentation en fluide ou des moyens d'alimentation électrique de la torche à plasma. De préférence un signal d'arrêt est envoyé avant un signal d'alerte.
Brève description des figures
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1 représente schématiquement une torche à plasma,
  • la figure 2 représente schématiquement une torche et ses systèmes de régulation et d'alimentation en fluide et en électricité,
  • La figure 3 représente un exemple des abaques de fonctionnement d'une torche à plasma de 800 kW,
  • la figure 4 représente un exemple de l'évolution de la tension optimale d'une torche à plasma, en fonction de sa puissance,
  • la figure 5 représente des étapes d'un procédé de régulation en puissance selon l'invention,
  • la figure 6 représente des étapes d'un procédé de régulation en puissance selon l'invention, en régime de rampe,
  • la figure 7 représente des étapes d'un procédé de régulation en puissance selon l'invention, en régime permanent,
  • la figure 8 représente l'évolution temporelle de la puissance d'une torche à plasma régulée conformément à la présente invention,
  • La figure 9 représente l'évolution temporelle de la température de consigne et de la température d'un dispositif dans lequel est utilisé la torche,
  • la figure 10 représente des étapes d'un procédé de régulation en température selon l'invention,
  • la figure 11 représente schématiquement un circuit de refroidissement d'un système de torche selon l'invention,
  • la figure 12 représente schématiquement un circuit d'alimentation en gaz plasmagène d'un système de torche selon l'invention,
  • la figure 13 représente schématiquement un circuit hydraulique du starter d'une torche à plasma,
  • la figure 14 représente schématiquement un circuit d'alimentation électrique d'un système de torche selon l'invention,
  • la figure 15 représente une chaíne d'asservissement d'un système de torche selon l'invention.
Exposé détaillé de modes de réalisation de l'invention
Une torche à plasma pouvant être utilisée dans le cadre de la présente invention comporte les éléments suivants, illustrés sur la figure 1 :
  • deux électrodes tubulaires 2, 4 (amont et aval) entre lesquelles s'établit un arc électrique 18,
  • une chambre 6 d'injection de gaz en vortex, située entre les deux électrodes 2 et 4,
  • une bobine de champ 8, placé autour de l'électrode amont 2 et destinée à mettre en rotation le pied d'arc 20,
  • un dispositif 10 d'amorçage de l'arc (starter) ; un tel dispositif est décrit par exemple dans la demande FR-89 14677,
  • des équipements annexes de refroidissement, de raccordement, de protection et de maintien qui seront décrits plus loin de manière plus détaillée.
Lors du fonctionnement de la torche, l'air plasmagène est injecté par la chambre d'injection 6, située entre les électrodes, et est évacué au travers de l'électrode aval 4.
L'arc électrique est alors créé par l'établissement du courant d'arc et par le recul synchronisé du starter 10, qui maintenait préalablement en court-circuit l'électrode amont 2 et l'électrode aval 4.
A l'instant du démarrage cet arc de court-circuit a pour effet de surchauffer localement l'air plasmagène et de le rendre électriquement conducteur. L'arc électrique devient ainsi un phénomène auto-entretenu.
L'air, porté à très haute température par l'arc électrique, constitue le jet de plasma qui est projeté à l'extérieur de la torche.
Du fait des hautes températures régnant aux pieds d'arc 20, les électrodes sont refroidies par une circulation d'eau dont l'entrée et la sortie sont désignées sur la figure 1 par les références 14 et 16 pour l'électrode aval 4 et 24 et 26 pour l'électrode amont 2. Cette eau est déminéralisée afin de maintenir un isolement électrique suffisant dans la torche.
La durée de vie de la torche est améliorée en faisant tourner et se déplacer longitudinalement les pieds d'arc amont et aval dans les électrodes afin d'éviter la fusion de la matière et de répartir l'usure de la matière sur la plus grande surface possible. Cette action est réalisée dans l'électrode amont au moyen de la bobine de champ 8 qui peut être alimentée en série avec le courant continu de l'arc ou avoir une alimentation séparée. Dans l'électrode aval, le pied d'arc est mis en rotation par l'effet tourbillonnaire de l'air injecté en vortex.
Comme illustré sur la figure 2, la torche peut être mise en oeuvre avec l'assistance des sous-systèmes suivants qui seront détaillés par la suite :
  • des moyens 30 d'alimentation électrique du système torche, commandés par des moyens 34 de contrôle (voir ci-dessous),
  • des moyens 32 d'alimentation en fluide, qui comprennent un circuit d'eau de refroidissement de la torche,
  • un circuit 33 d'air ou de gaz plasmagène,
  • un circuit d'huile pour commander le starter d'amorçage 10,
  • une vanne 29 qui règle l'admission de gaz plasmagène dans la torche,
  • une interface opérateur 38 (ou calculateur superviseur),
  • des moyens 34 de contrôle à programme, par exemple un automate, pour le pilotage de la torche 1. Un opérateur, par le calculateur superviseur de procédé 38 peut introduire dans les moyens de contrôle 34 des valeurs de consigne désirées, par exemple, des valeurs de consigne pour la puissance électrique, la puissance thermique et la température à laquelle se déroule un procédé entretenu par la torche 1.
Les programmes de régulation et de commande de la torche sont chargés dans l'automate industriel 34. Celui-ci comporte essentiellement une unité centrale et des cartes d'entrée/sortie. Il est programmé à partir d'un ordinateur personnel (PC). A cette fin, par exemple, le constructeur de l'automate fournit un logiciel qui permet de créer un programme binaire dans l'automate. Le dialogue avec l'automate est réalisé via une table d'échange, ou zone mémoire, par un dispositif de supervision. De l'extérieur, la supervision (PC) envoie des messages à la table d'échange. L'automate vient lire l'état de la table et met le système (par exemple : une pompe du circuit de refroidissement) en conformité avec la mémoire ou la table d'échange. L'automate prévu dans le cadre de la présente invention peut par exemple fonctionner avec un cycle compris entre environ 10 ms et 100 ms (vitesse de réaction). De préférence, on utilise un cycle rapide, de l'ordre de 10 ms.
L'automate 34 envoie des signaux de commande par l'intermédiaire des liaisons 41, 43, 53.
Les moyens 34 peuvent également intégrer des dispositifs de sécurité permettant d'alerter un opérateur et/ou d'arrêter le fonctionnement de la torche lors de la survenance de certains défauts des moyens d'alimentation électrique 30 ou des moyens d'alimentation en fluide 32.
  • Comme exposé par la suite, le pilotage de la torche incorpore une régulation de la puissance électrique qui lui est fournie, tout en essayant de maintenir la tension entre les électrodes à une valeur optimale.
A cette fin, des capteurs 39, 40 permettent de mesurer la tension et le courant fournis aux électrodes 2, 4 de la torche. Les grandeurs fournies par ces capteurs sont digitalisées et permettent de calculer la puissance réelle à laquelle fonctionne la torche.
De même, un capteur de température 42 peut être prévu pour mesurer la température à laquelle se déroule un procédé entretenu par la torche 1.
Le fonctionnement d'une torche à plasma peut être décrit à l'aide de courbes de tension d'arc, en fonction du courant d'arc, pour des débits donnés de gaz plasmagène. On obtient un réseau de courbes, ou réseau de points de fonctionnement, qui est fonction :
  • de la géométrie de la torche,
  • des forces aérodynamiques dues au vortex,
  • des forces magnétiques dues à la bobine de champ.
Ce réseau de points de fonctionnement est donc unique pour chaque type de torche.
Un exemple d'abaque (courbes isodébits) de points de fonctionnement est donné en figure 3, pour une torche de puissance 800 kW. Sur la figure 3, les courbes I, II, III, IV correspondent respectivement à des débits de gaz plasmagène de 10g/s, 15g/s, 20g/s, 30g/s. Les autres courbes correspondent à des débits augmentant ensuite de 10g/s en 10g/s (40g/s, 50g/s,...).
Par conséquent, chaque type de torche a un domaine de fonctionnement caractérisé par les paramètres spécifiques suivants :
  • le courant d'arc I,
  • le débit de gaz plasmagène Q,
  • la tension d'arc U qui exprime, ou traduit, sensiblement la longueur de l'arc.
Afin de réaliser un pilotage de la torche, il est donc possible de choisir l'un de ces deux paramètres comme paramètre de pilotage. En particulier, I et Q sont des paramètres de pilotage très bien adaptés, la tension U découlant des valeurs choisies par ces paramètres.
Pour un fonctionnement optimum de la torche, la valeur de la tension suit une courbe U=f(P), où P est la puissance de la torche. Une telle courbe est établie expérimentalement en s'assurant que :
  • l'arc ne s'accroche pas sur le nez de la torche,
  • la tension ne dépasse pas la tension maximum permise par l'alimentation électrique,
  • l'arc emplit un maximum de volume de l'électrode aval.
La courbe Uoptimal=f(P) est obtenue en établissant expérimentalement les abaques Q=f(I) à débit constant, du type de celles données en figure 3 et commentées ci-dessus. Cette courbe est chargée dans la table d'échange de l'automate 34.
Pour chaque valeur de puissance, on fixe le point de fonctionnement optimum associant la longueur de l'arc, le rendement et l'enthalpie.
A chaque point concerné correspondent une puissance P et une tension U. L'association de la puissance et de la tension des points sélectionnés donne la courbe Uoptimal=f(P). Un exemple d'une telle courbe est donné sur la figure 4 (courbe C1).
Le fonctionnement le long de la courbe C1 est optimum, mais d'autres régimes de fonctionnement sont possibles. En effet, la courbe C1 correspond au cas où la torche fonctionne avec un rendement maximum. A partir d'un point de la courbe C1, une variation de la valeur de la tension et/ou de la puissance électrique entraíne une diminution du rendement de fonctionnement.
Sur la figure 4, une deuxième courbe C2 représente la limite inférieure de la zone de fonctionnement possible de la torche. Ces deux courbes définissent en fait trois zones dans le plan (P, U) :
  • la zone 1, située au-dessus de la courbe C1 : dans cette zone, l'arc sort de l'électrode aval et devient trop long. Il est exclu de pouvoir travailler dans cette zone,
  • la zone 2, située sous la courbe C2 : le fonctionnement de la torche est instable, la tension et la résistivité sont trop faibles,
  • la zone 3, située entre les deux courbes : le fonctionnement est possible, avec un rendement variable ; le rendement est optimal sur la courbe C1 et il diminue lorsque les paramètres de fonctionnement éloignent le point de fonctionnement de la courbe C1 pour l'approcher de la courbe C2. Ceci correspond alors au cas où l'enthalpie du gaz s'accroít. Un concepteur peut choisir, pour une raison ou pour une autre, de faire fonctionner la torche le long d'une courbe située entre C1 et C2. Dans ce cas, il remplace, dans la table d'échange de l'automate 34, la courbe déjà introduite par la nouvelle courbe.
La courbe C1 constitue un objectif de fonctionnement de la torche, à atteindre. A cette fin, on fait varier les valeurs de courant d'arc I et de débit d'air Q de manière à faire varier la tension d'arc U. Les variations du courant I et de la tension U entraínent des variations de la puissance P=U.I. On peut donc dire que la fonction Uoptimal=f(P) décrite ci-dessus découle de la fonction de transfert de la torche U=F(I,Q). Cette dernière traduit le fait que les variables d'entrée du système de régulation de la torche sont le courant I et le débit Q, la variable de sortie étant la tension U.
La régulation de la torche repose sur les principes suivants, qui découlent de l'analyse faite ci-dessus des caractéristiques d'une torche à plasma :
  • une augmentation du débit d'air Q entraíne une augmentation de la tension U et une augmentation de la puissance P : en effet, une augmentation du débit d'air entraíne une diminution de la température de l'air, et une augmentation de sa résistivité,
  • une diminution du débit d'air Q entraíne une diminution de la tension U et une diminution de la puissance P,
  • une augmentation du courant d'arc I entraíne une diminution de la tension U et une augmentation de la puissance P : en effet, une augmentation du courant d'arc entraíne une augmentation de la température du gaz plasmagène, donc une diminution de sa résistivité ;
  • une diminution du courant d'arc I entraíne une augmentation de la tension U et une diminution de la puissance P.
Le principe de la régulation en puissance conformément à la présente invention va maintenant être décrit de manière plus détaillée.
Avant l'amorçage de la torche, un opérateur introduit dans l'automate 34 une consigne de puissance CPUIS. Par défaut, l'automate 34 règle la consigne à la même valeur que la consigne précédente.
Dans un premier temps, la puissance de la torche croít jusqu'à atteindre la consigne de puissance (c'est le fonctionnement en régime de rampe).
Dans un deuxième temps, la puissance de la torche est stabilisée autour de la puissance de consigne (c'est le fonctionnement en régime permanent).
Des mesures de la tension d'arc U et du courant d'arc I sont effectuées à chaque cycle du procédé de régulation à l'aide de moyens de mesure de tension 39 et de courant 40 (figure 2). Ces grandeurs permettent de calculer la puissance électrique réelle de la torche Pr=U.I.
La régulation consiste ensuite à modifier les consignes de débit d'air Q et de courant d'arc I pour approcher la valeur Pr, mesurée, de CPUIS, avec une tension d'arc optimale (Uoptimal) qui dépend de la puissance instantanée réelle Pr.
Comme on l'a vu précédemment, l'abaque Uoptimal=f(P) est obtenue à partir des essais de caractérisation de la torche. Cette abaque est donc préalablement introduite par un opérateur dans des moyens de mémorisation de l'automate 34.
A chaque cycle de procédé de régulation, les opérations suivantes sont réalisées :
  • calcul de la puissance électrique réelle Pr,
  • détermination de Uoptimal,
  • calcul de l'écart entre la consigne de puissance CPUIS et Pr : ΔP=|CPUIS-Pr|,
  • une comparaison de ΔP et de ΔPra, où ΔPra est un seuil préalablement fixé par l'opérateur, à partir duquel on considère que la puissance réelle a atteint la valeur de consigne de puissance :
    • si ΔP≥ΔPra, le procédé reste ou passe en régime de rampe,
    • si ΔP≤ΔPra, le procédé reste ou passe en régime permanent.
D'autres étapes de fonctionnement du procédé peuvent être prévues, notamment :
  • l'étape consistant à vérifier que les consignes de débit d'air Q et de courant d'arc I sont bien comprises entre des valeurs limites Qmax, Qmin et Imax, Imin.
  • l'étape consistant à régler les consignes de courant et de débit aux valeurs limites, si elles ne sont pas entre les valeurs limites.
La figure 5 est un organigramme de la régulation en puissance selon la présente invention.
La figure 6 représente un organigramme du fonctionnement en régime de rampe du procédé de régulation selon la présente invention.
Ce régime permet d'atteindre rapidement la valeur CPUIS, que ce soit au démarrage de la torche, ou lorsque la valeur de consigne CPUIS est modifiée au cours du fonctionnement de la torche.
Au cours de ce régime, les valeurs de Q et de I sont incrémentées (selon des premiers incréments de ΔQ1 et ΔI1), avec une périodicité DT1, suivant une pente de montée ou de descente en puissance.
Pour chaque intervalle de temps DT1, la puissance réelle Pr est mesurée :
  • si Pr≤CPUIS, on cherche à augmenter la puissance de la torche. On peut donc accroítre I de ΔI1 et, si U≤Uoptimal, on peut également incrémenter Q de ΔQ1,
  • si Pr≥CPUIS, on cherche à diminuer la puissance de la torche. On peut donc diminuer le débit d'air Q de ΔQ1 et, si U≤Uoptimal, diminuer le courant d'arc I de ΔI1.
Ce régime de fonctionnement permet d'augmenter ou de diminuer la puissance de la torche en restant au plus près de la tension optimale Uoptimal Lorsque ΔP devient inférieur à ΔPra, le régime de rampe est abandonné au profit du régime permanent.
Le fonctionnement en régime permanent consiste à maintenir la puissance réelle à la valeur de la puissance de consigne, lorsque celle-ci est atteinte, avec une tolérance ΔPra, et ceci tout en gardant la tension d'arc optimale Uoptimal. A cette fin les valeurs du débit d'air Q et du courant d'arc I sont incrémentées ou décrémentées avec des valeurs d'incrément, ou de pas, ΔQ2, ΔI2, et ceci avec une périodicité DT2 (par exemple : DT2=DT1).
Après chaque incrément de temps DT2 :
  • si U<Uoptimal et Pr<CPUIS :
    • si Q<Qmax (débit maximum du gaz plasmagène) : Q est incrémenté de ΔQ2,
    • sinon : I est incrémenté de ΔI2
Dans le premier cas, l'incrémentation du débit d'air entraíne une augmentation de la tension et de la puissance. Dans le second cas, l'incrémentation du courant d'arc entraíne une diminution de la tension, malgré l'objectif fixé de conserver la tension à une valeur optimale : ceci signifie que, temporairement, le procédé privilégie la puissance au détriment de la tension, et donc la puissance au détriment du rendement. Cette perte de rendement est compensée au cours des cycles suivants du procédé.
  • si U<Uoptimal et Pr>CPUIS :
    • si I>Imin : le courant d'arc est décrémenté de ΔI2,
    • sinon, le débit d'air Q est décrémenté de ΔQ2.
Dans ce dernier cas, la diminution du débit d'air entraíne une perte en tension et en rendement. Mais, là encore, cette perte est temporaire et est compensée au cours des boucles suivantes du procédé de régulation.
  • si U≥Uoptimal et Pr≥CPUIS, le débit d'air est décrémenté de ΔQ2.
  • si U≥Uoptimal et Pr≤CPUIS, le courant est incrémenté de la valeur ΔI2.
La figure 7 est un organigramme du régime permanent du procédé de régulation selon l'invention.
Le système de régulation de la torche reste en fonctionnement permanent tant qu'une modification de la consigne de puissance CPUIS n'intervient pas.
Lorsqu'une telle modification intervient, introduite par exemple par l'opérateur dans l'automate 34, ΔP devient supérieur à ΔPra, et le procédé repasse en régime de rampe.
Ainsi, comme illustré sur la figure 8, le procédé selon l'invention permet de faire évoluer la puissance réelle de la torche en fonction du temps, tout en restant au plus près des conditions optimales de fonctionnement ou des conditions choisies par l'opérateur. Sur la figure 8, la puissance croít d'abord selon un régime de rampe, pour atteindre une consigne CPUIS1 à l'instant t1. Cette consigne est maintenue jusqu'à l'instant t'1, où l'opérateur modifie la consigne de puissance en CPUIS2 : le fonctionnement est alors de nouveau un fonctionnement en régime de rampe (décroissante) jusqu'à l'instant t2. Puis, entre t2 et t'2, un fonctionnement en régime permanent permet de maintenir la puissance sensiblement à CPUIS2. A t2, une nouvelle consigne de puissance CPUIS3 est introduite par l'opérateur. Le procédé repasse alors en régime de rampe pour atteindre cette nouvelle valeur de consigne, jusqu'à l'instant t3. A partir de t3, la torche fonctionne de nouveau en régime permanent. Un tel fonctionnement peut être poursuivi aussi longtemps que nécessaire.
Le procédé de régulation de la torche, décrit ci-dessus, rend la puissance de la torche quasiment indépendante de facteurs interne ou externe (perturbations) pouvant influer sur les paramètres de pilotage I et Q. L'état d'usure des électrodes, la pression du gaz plasmagène, sa composition sont des paramètres qui sont susceptibles de varier au cours du fonctionnement de la torche et qui pourraient donc influencer ses performances et faire dériver la puissance fournie.
En fait, le système de régulation selon la présente invention permet d'éviter ce problème. Par exemple, si l'humidité du gaz plasmagène s'accroít, il en résulte une diminution de la tension entre les électrodes (la résistivité du gaz diminue). Selon le procédé décrit ci-dessus, il en résulte une diminution de courant et/ou une augmentation du débit, qui tendent à ramener la tension vers sa valeur optimale. L'influence de l'humidité est donc compensée automatiquement. Il en va de même de l'influence des autres perturbations.
Le système de pilotage de la torche comporte donc, selon l'invention :
  • des moyens pour mémoriser une courbe de la tension d'arc de la torche, dite courbe de tension optimale, en fonction de la puissance électrique réelle fournie à la torche,
  • des moyens pour commander une régulation de la puissance de la torche, et fonctionnant :
    • selon un premier régime, dit régime de rampe, afin que la puissance réelle atteigne une valeur dite valeur de consigne de la puissance, avec une tension d'arc égale à la tension optimale,
    • selon un second régime, dit régime permanent, afin de stabiliser la puissance réelle autour de la valeur de consigne, avec une tension d'arc égale à la tension optimale.
Le procédé de régulation en puissance décrit ci-dessus ne fait intervenir que la torche elle-même. Un tel procédé ne prend pas en compte l'environnement dans lequel la torche fonctionne. Or, la torche fonctionne dans un dispositif ou un environnement auquel elle apporte de l'énergie, ce dispositif ou cet environnement devant être porté à une température donnée, par exemple constante ou cyclique. L'apport thermique nécessaire pour le maintien en température peut être également variable selon l'état dans lequel se trouve le dispositif ou l'environnement. Si, par exemple, la torche est utilisée avec ou dans un four, il peut être nécessaire de faire varier l'apport thermique au cours de phases de chargement du four, ou de phases d'homogénéisation de la température du four.
En plus du système de régulation en puissance décrit ci-dessus, l'invention permet de réaliser une régulation de température de l'environnement dans lequel se trouve placée la torche. Cette régulation de température, basée sur la modulation de la puissance de la torche, est mise en oeuvre pour porter l'environnement à une température de consigne CTf et le maintenir à cette température. Cette régulation de température est une régulation de deuxième niveau qui se superpose à la régulation en puissance, toujours active.
Les paramètres de régulation en température sont les suivants :
  • la consigne de température finale CTf,
  • la pente de montée ou de descente de la température CP=ΔT/Δt : cette grandeur traduit le fait que la température de l'environnement de la torche varie avec une vitesse limitée. En fait, cette grandeur CP est à déterminer expérimentalement et découle directement de la fonction de transfert du four. Par la connaissance de l'environnement, de la manière dont il doit travailler, et des essais de caractérisation, on peut connaítre les valeurs que l'on peut donner à Cp, en fonction de la puissance de la torche. Si Cp a une valeur trop grande, la puissance de la torche atteint sa valeur maximum trop rapidement, sans que la pente de montée en température de l'environnement soit respectée. Si la valeur de CP est trop faible, la torche reste à trop faible puissance.
La régulation en température consiste à incrémenter ou à décrémenter la puissance de la torche d'un certain nombre de fois un incrément ΔP, pour atteindre la température du four CTf finale, en respectant la pente CP.
Au cours de chaque cycle du procédé de régulation en température selon l'invention, la température de l'environnement est mesurée (à l'aide du capteur de température 42, figure 2). Cette valeur Tm est mémorisée, de même que la valeur de la température Tm-1 du cycle précédent.
Par ailleurs, l'automate connaít la valeur de la température initiale T0 (température au départ de la régulation) et peut calculer la température de consigne instantanée TC : TC=T0±CpxΔT, où ΔT est l'incrément de temps (ou le pas temporel) du cycle.
A chaque cycle, on dispose donc de la température de consigne instantanée TC, de la température réelle Tm, et de la pente réelle PENr= (Tm-Tm-1)/ΔT.
Cette dernière grandeur est la pente effective de montée ou de descente de la température dans le four, en °C/h, pour le cycle m.
Soit ΔT la tolérance d'écart de température entre TC et Tm, et APE la tolérance d'écart de pente entre la pente réelle PENr et CP. Alors :
  • si Tm<TC-ΔT : la puissance est incrémentée de 2ΔP,
  • si Tm>TC+ΔT : la puissance est décrémentée de 2ΔP,
  • si PENr<CP-ΔPE : la puissance est incrémentée de ΔP,
  • si PENr>CP+ΔPE : la puissance est décrémentée de ΔP.
Pour un tel procédé de régulation en température, l'évolution de la température en fonction du temps est représentée schématiquement sur la figure 9. La droite de pente Cp représente l'évolution de la température de consigne de l'environnement. Autour de chacun des instants t1, t2, ... t7 la température réelle et la pente de température réelle sont respectivement mesurés et calculés. Pour chacun de ces instants, la valeur correspondante d'incrément ou de décrément, en puissance, est portée sur le graphique. Ainsi, autour de l'instant t1, l'écart en température, par rapport à la consigne instantanée, est supérieure à ΔT, ce qui entraíne une incrémentation de puissance de 2ΔP ; par ailleurs, l'écart entre la pente réelle et CP résulte en une incrémentation de puissance de ΔP, d'où une incrémentation totale en puissance de 3ΔP.
La figure 10 est un organigramme qui représente schématiquement la succession d'étapes du procédé de régulation en température conforme à la présente invention. Par exemple, Tm est mesuré avec une périodicité de 60 secondes. Par ailleurs, on peut choisir de donner aux paramètres les valeurs par défaut suivantes :
  • CTf : même valeur que la consigne précédente,
  • Cp : même valeur que la consigne précédente,
  • P, ΔT, ΔPE : valeurs données selon les caractéristiques de l'ensemble constitué par la torche et son environnement (par exemple la torche et le four).
  • CTI (consigne de température initiale) et Cp ont des valeurs initiales que l'opérateur peut retrouver en demandant une initialisation.
Deux aspects complémentaires d'un procédé de régulation d'une torche ont été décrits ci-dessus : la régulation en puissance et la régulation en température. La régulation en température fait usage de la régulation en puissance. Mais, dans certaines applications, une régulation en puissance peut être réalisée sans régulation en température. Lorsque les deux sont utilisées, on obtient une double régulation du système constitué par la torche à plasma.
Les moyens 32 d'alimentation de la torche en fluide vont maintenant être décrits.
La figure 11 est un schéma du circuit 32 de refroidissement de la torche.
La torche à plasma est refroidie en permanence par une circulation d'eau déminéralisée sous pression, dans sa partie intérieure, autour des électrodes amont et aval, autour de la bobine de champ et dans sa partie extérieure, autour de l'enveloppe externe aval. Cette circulation d'eau de refroidissement dans la torche est assurée par une pompe 48 et permet d'évacuer l'énergie transmise aux parois par l'arc électrique, ainsi que par la température du dispositif ou de l'environnement dans lequel se trouve l'extrémité aval de la torche.
L'eau de refroidissement de la torche est déminéralisée pour garantir l'isolement électrique des divers éléments sous tension de la torche. De préférence, la résistivité de l'eau est contrôlée en permanence à l'aide d'un capteur de résistivité relié à l'automate 34 (figure 2). La régénération automatique d'une partie de l'eau circulant dans la torche maintient la résistivité au-dessus d'un seuil minimum.
Une électrovanne 50 commande l'admission d'eau 52 dans le circuit d'eau déminéralisée constitué des cartouches de déminéralisation 54 et du réservoir 46.
Un circuit 60 de recyclage de l'eau de déminéralisation permet de maintenir la qualité de l'eau déminéralisée passant dans la torche. Ce circuit, en dérivation sur la cuve, fait passer une partie de l'eau dans les cartouches 54 de résine de déminéralisation et la réinjecte dans le réservoir 46, lorsque la circulation d'eau dans la torche est activée.
La déminéralisation se fait donc automatiquement par une dérivation permanente du circuit d'eau, sans l'intervention de l'automate.
Le réglage du débit de recyclage est effectué manuellement par une vanne.
Un capteur de pression 47 permet de surveiller la pressurisation du circuit de refroidissement. Si la pression devient inférieure à un seuil de défaut, il y a arrêt électrique de la torche.
Le cycle de remplissage du réservoir 46 permet d'obtenir en permanence une réserve d'eau déminéralisée suffisante pour assurer un refroidissement optimum de la torche en service. Il s'enclenche automatiquement à la suite d'une baisse de pression d'eau (donnée par le capteur de pression du réservoir) lorsque celle-ci atteint le seuil minimum et s'arrête lorsque le seuil maximum est atteint. Les différents seuils sont détectés par comparaison entre la mesure analogique de pression et des seuils mis en mémoire dans l'automate. C'est ce dernier qui commande alors l'ouverture de la vanne 50.
Un capteur 45 de niveau provoque l'arrêt de la pompe de refroidissement en cas de fuite importante pour éviter que la pompe ne fonctionne à sec.
L'évacuation de l'énergie captée par le circuit de refroidissement est assurée par un échangeur (échangeur à plaques) 42 commun avec un circuit d'eau secondaire 44. Ce dernier peut comprendre un aéroréfrigérant fonctionnant sur le principe de l'évaporation et constituer une boucle fermée ou, plus simplement, être en boucle ouverte avec un flux continu d'eau perdue, selon les disponibilités ou les choix du site d'implantation du dispositif.
Un circuit 56, comportant une vanne 58, peut être prévu pour assurer un refroidissement de secours. Il est relié par exemple au réseau de ville et amène donc de l'eau non déminéralisée à la torche 1, ce qui pollue le circuit d'eau. Ce dispositif est prévu pour n'intervenir que lorsque les pompes sont à l'arrêt et que la torche est encore dans le dispositif dans lequel elle opère.
Diverses fonctions de surveillance peuvent éventuellement être prévues en complément du circuit décrit ci-dessus, ensemble ou séparément :
  • une surveillance du remplissage du réservoir : si la durée de remplissage est trop longue, ou si le temps entre deux remplissage est trop important, l'automate 34 peut envoyer un message à l'opérateur ou émettre un signal d'alarme,
  • une surveillance de la déminéralisation : des moyens peuvent être prévus, en combinaison avec le réservoir 46 ou le circuit 60, pour mesurer la résistivité de l'eau déminéralisée. Un signal est alors envoyé vers l'automate 34, où la résistivité mesurée est comparée à une, ou des, valeur(s) seuil. Un seuil de défaut et/ou un seuil d'alarme peuvent être prévus, pour lesquels :
    • si la résistivité mesurée est inférieure au seuil de défaut, la torche est arrêtée électriquement et une alarme est émise,
    • si la résistivité mesurée est inférieure au seuil alarme, une alarme est émise,
  • une surveillance de la circulation d'eau : des capteurs permettent de mesurer le débit d'eau dans la torche et/ou le niveau d'eau dans la cuve et/ou la pression d'eau dans ce circuit et/ou les températures de l'eau en entrée et en sortie de la torche.
Pour le débit, la pression et les températures, des seuils d'alarme et/ou de défaut peuvent être prévus, auxquels l'automate compare les valeurs mesurées. Le franchissement du seuil d'alarme entraíne l'émission d'un signal d'alarme, celui du seuil défaut entraíne l'arrêt de la torche. Pour le niveau d'eau, le passage sous un niveau très bas entraíne l'arrêt des pompes et de la torche,
  • une surveillance de la pompe 48 : lorsque celle-ci est à l'arrêt et que la torche est en position sur un site d'utilisation, une pompe 49 de secours est mise en marche sur commande de l'automate 34.
Par conséquent, l'automate 34 peut être prévu pour assurer la surveillance et la commande des différentes fonctions suivantes :
  • remplissage du circuit hydraulique et appoint d'eau brute,
  • recyclage de déminéralisation de l'eau de refroidissement,
  • circulation d'eau dans la torche,
  • refroidissement de secours,
  • réfrigération de l'eau, éventuellement.
La protection, en cas de coupure électrique ou d'arrêt des pompes peut être assurée :
  • par le recul automatique de la torche,
  • par le circuit de secours 56 si le recul de la torche n'est pas validé,
  • par l'envoi, à l'opérateur, d'une information d'Avarie Majeure, si le débit d'eau est encore insuffisant et que le recul de la torche n'est toujours pas validé.
Une sécurité de fonctionnement peut donc permettre d'assurer le respect des règles suivantes :
  • le refroidissement de la torche est assuré lorsqu'elle est en fonctionnement, et tant qu'elle se trouve dans le dispositif (sous peine d'une fusion très rapide des électrodes et de sa partie aval).
  • en cas de perte de refroidissement, lorsque la torche est dans le dispositif, des actions de secours sont prévues et générés par les moyens 34 de contrôle/commande, selon la configuration de l'installation et le type de cause :
  • 1. mise en route automatique d'une pompe de secours,
  • 2. recul automatique de la torche,
  • 3. circulation d'eau brute de secours.
Les paramètres de fonctionnement (pression, débit, température d'eau, résistivité) peuvent être mesurés en permanence et, en cas de dérive de l'un d'eux, l'opérateur peut être alerté avant que des actions de mise en sécurité ne soient nécessaires.
Les moyens de génération et de pilotage du débit de gaz plasmagène fourni à la torche vont maintenant être décrits, en liaison avec la figure 12. Le gaz plasmagène peut être de l'air provenant d'un réseau d'air industriel, ou d'un compresseur. La pression minimum disponible doit de préférence être de l'ordre de 6 bars, et le débit de 300 Nm3/h, soit environ 110g/s, à une puissance de 800 kW.
En sortie du compresseur 62, l'air est déshuilé, asséché et filtré à environ 1/10ème de micromètre, à l'aide de moyens de filtrage 64 et d'un dispositif de séchage 66.
Une cuve tampon 68 crée une réserve d'air et évite des fluctuations de pression générées par le compresseur en amont de la vanne de régulation 29.
Un débitmètre 70 permet de mesurer le débit d'air envoyé vers la torche 1. Ce débit est commandé par la vanne pilotée, ou vanne de régulation, 29 (Cf. figure 2). De préférence, c'est l'automate 34 qui assure la mise en marche et l'arrêt du dispositif de séchage, du compresseur, et l'ouverture et la fermeture de la vanne de régulation 29. Dès que la torche n'est plus en position de retrait par rapport à son lieu d'utilisation, un débit d'air minimum est émis dans la torche pour éviter toute pollution interne.
Le débitmètre 70 fournit une valeur de mesure du débit qui peut être comparée, dans l'automate 34, à une ou plusieurs valeurs de seuil, par exemple une valeur de seuil alarme et/ou une valeur de seuil défaut. Lors du franchissement du seuil alarme, un signal d'avertissement est envoyé à un opérateur. Le franchissement du seuil défaut entraíne l'arrêt de la torche, du sécheur et du compresseur ; la vanne 29 est alors également fermée, sauf pour le cas où la torche est encore sur son lieu d'utilisation, auquel cas une valeur minimum de circulation d'air est maintenue, ce qui permet d'éviter la pollution de la torche par l'environnement.
L'information portant sur la valeur du débit d'air peut également jouer un rôle, ainsi qu'on l'a déjà expliqué ci-dessus, dans le cadre de la régulation en puissance de la torche. La régulation prévue dans le cadre de la présente invention présente l'avantage qu'une perturbation extérieure sur le circuit d'air (par exemple une variation de l'humidité de l'air, ou une variation de la pression d'air) n'entraíne pas un arrêt de la torche. L'opérateur peut être averti, mais le dispositif de régulation selon la présente invention permet de réagir et de compenser les perturbations extérieures sur le débit d'air.
Réciproquement, le débit de gaz est piloté en fonction de la puissance, ou, éventuellement de l'enthalpie de gaz demandée, avant d'être injecté dans la torche.
Le dispositif de démarrage de la torche (ou "starter") va maintenant être décrit, en liaison avec la figure 13, où il est désigné par la référence 71.
On rappellera préalablement qu'un dispositif d'amorçage est décrit dans la demande FR-89 14677. Le dispositif starter permet d'assurer le maintien sous pression du circuit hydraulique d'activation du vérin. De plus, il commande l'avance et le recul du vérin de démarrage 2 (figure 1). C'est ce dispositif qui assure l'amorçage de l'arc dans la torche. Avant l'amorçage, il est en position avancée, l'électrode amont est au contact de l'électrode aval et réalise un court-circuit. Au démarrage, pendant l'établissement du courant d'arc, ce vérin recule rapidement l'électrode amont et "tire" l'arc entre les deux électrodes.
Sur la figure 13, la référence 74 désigne un réservoir qui contient l'huile du circuit hydraulique. Une pompe 76 fait monter une partie de l'huile dans un accumulateur double 78. La partie supérieure de celui-ci contient de l'air. Lorsque la pression s'accroít dans l'accumulateur et atteint une limite haute, le pressostat 80 coupe le moteur de pompe 76. Le pressostat 82 fait redémarrer la pompe lorsque la pression d'huile atteint une limite basse.
Un pressostat 84 de défaut de pression interdit le démarrage de la torche si la pression d'huile n'est pas suffisante.
Un distributeur 87 comporte une partie 86 associée à la fonction d'avance du starter et une partie 88 associée à la fonction de recul du starter. Sur la figure 12, le distributeur est en position de recul du starter : la pression d'huile est donc dirigée vers l'arrière du vérin.
A chacun des compartiments du vérin d'amorçage est ensuite associé un limiteur de débit 89-90, 91-92. Chacun comporte un clapet anti-retour 89, 91 et un limiteur de débit 90, 92. Les limiteurs sont des systèmes de régulation mécaniques qui permettent à l'huile d'aller vers et de revenir du vérin.
Le retour de l'huile dans le réservoir se fait par l'intermédiaire d'un filtre 93 à huile (filtre à 10 µm). Enfin, le réservoir 74 est équipé d'un filtre à air 94.
Les moyens d'alimentation électrique assurent l'alimentation de la bobine de champ 8 (figure 1) et de l'arc 18 (figure 1) soit disposés en série, soit séparés, à partir d'un réseau haute tension.
Les moyens d'alimentation électrique 30 sont représentés schématiquement sur la figure 14. Ils comprennent une alimentation haute tension 100, un transformateur 102 (en général dodécaphasé) et un redresseur 104. Ils fournissent une alimentation en courant continu aux électrodes de la torche et à la bobine de champ. Une self de lissage 114 d'un surtenseur 112 absorbe les fluctuations de courant de l'arc électrique.
Le redresseur d'arc 104 est constitué essentiellement de ponts de Graetz (par exemple 6 thyristors par pont). Des moyens 110, de type ventilateurs, permettent d'assurer une circulation d'air suffisante dans le redresseur 104.
Celui-ci est en fait programmé par une consigne de courant Iarc envoyée depuis l'automate 34. L'élaboration de cette consigne a été décrite ci-dessus dans le cadre du procédé de régulation en puissance de la torche.
La surveillance des défauts dans les moyens d'alimentation en courant est centralisée au niveau des redresseurs 104. La transmission des informations sur les défauts est réalisée directement vers l'automate 34.
Des capteurs standards permettent de mesurer des valeurs de courant d'arc et de tension d'arc dans la torche 1.
Aux courants d'arc peuvent être associés des seuils d'alarme et de défaut (par exemple 50 ampères pour le seuil d'alarme et 100 ampères pour le seuil de défaut). Le franchissement de ces seuils entraíne, dans le premier cas, l'émission d'un signal d'alarme de courant d'arc et, dans le second cas, l'arrêt de la torche.
Pour la tension d'arc, trois seuils peuvent être prévus : un seuil minimal au-dessous duquel la tension est trop faible, un seuil d'alarme et un seuil de défaut. Lorsque la tension devient inférieure au seuil minimal ou supérieure au seuil d'alarme, un signal d'alarme correspondant est envoyé par l'automate 34. Lorsque la tension devient supérieure au seuil de défaut, la torche 1 est arrêtée.
Le système de régulation de l'invention est un système à deux boucles imbriquées : une première boucle concerne la régulation en puissance et une seconde boucle concerne la régulation en température. La chaíne d'asservissement du système torche est représentée schématiquement sur la figure 15.
La colonne de gauche contient les valeurs de consigne T (température du dispositif ou de l'environnement de la torche), P (en kW, puissance électrique fournie à la torche), I (en A, courant) et Q (en Nm3/h, débit de gaz plasmagène).
Une consigne manuelle 120 permet à l'opérateur de sélectionner uniquement la fonction de régulation en puissance. Par ailleurs, une consigne 122 permet de mettre la puissance à une valeur minimale Pmini, par exemple dans le cas où la torche est utilisée dans un four et où celui-ci est en surpression.
La régulation en puissance se déroule ensuite comme décrit plus haut (bloc 124 sur la figure 15). On notera que des consignes 126, 128 peuvent en outre être prévues pour bloquer le courant I et le débit Q à leur valeur fixe de consigne (auquel cas il n'y a plus de régulation en puissance). Des perturbations 131, par exemple du débit d'air, sont prises en compte. La fonction F représente la fonction de transfert de la torche.
La régulation en température se déroule, elle aussi, comme décrit plus haut (bloc 132 sur la figure 15). Un écart ε entre la température mesurée et la température de consigne fait évoluer la consigne de puissance selon P=g(T) (bloc 134). La fonction G (T=G(P)) représente la fonction de transfert de la torche et du four.
Enfin, le procédé peut autoriser ou empêcher le fonctionnement du système torche suivant l'état des différentes servitudes (alimentation en gaz plasmagène, circuit de refroidissement, etc...) comme déjà décrit ci-dessus.
D'une manière générale, l'invention exposée dans la présente demande est particulièrement bien adaptée à la régulation et/ou au pilotage d'une torche à plasma de puissance supérieure à 100 kW, par exemple de puissance égale à 800 kW, ou à 2MW ou à 4 MW.

Claims (16)

  1. Système pour le pilotage d'une torche à plasma (1), comportant :
    des moyens (34) pour mémoriser une courbe (C1) de la tension d'arc de la torche, dite courbe de tension optimale, en fonction de la puissance électrique réelle fournie à la torche,
    des moyens (124) pour commander une régulation de la puissance de la torche, et fonctionnant :
    selon un premier régime, dit régime de rampe, afin que la puissance réelle atteigne une valeur (CPUIS) dite valeur de consigne de la puissance, avec une tension d'arc qui évolue, à une marge d'erreur près, avec la tension optimale,
    selon un second régime, dit régime permanent, afin de stabiliser la puissance réelle autour de la valeur de consigne (CPUIS), avec une tension d'arc égale, à une marge d'erreur près, à la tension optimale.
  2. Système pour le pilotage d'une torche à plasma, selon la revendication 1, comportant en outre des moyens pour déterminer, en fonction de l'écart entre la valeur de la puissance électrique réelle et la valeur de consigne de la puissance, selon lequel des deux régimes les moyens de commande de la régulation doivent fonctionner.
  3. Système pour le pilotage d'une torche à plasma selon l'une des revendication 1 ou 2, les moyens de commande de la régulation de la puissance électrique de la torche produisant un signal de modification de la valeur du courant d'arc et/ou du débit d'air afin de modifier les valeurs de la puissance réelle et de la tension d'arc.
  4. Système pour le pilotage d'une torche à plasma selon l'une des revendications 1 à 3, comportant en outre des moyens (38) pour modifier la valeur de consigne de puissance lorsque les moyens de régulation fonctionnent en régime permanent.
  5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, comportant en outre des moyens (132) pour commander une régulation de la température d'un dispositif auquel la torche (1) apporte de l'énergie.
  6. Système selon la revendication 5, les moyens (124) pour commander une régulation de la puissance de la torche étant également utilisés comme moyens pour commander la régulation de la température du dispositif.
  7. Système selon la revendication 5, les moyens (132) pour commander la régulation de la température du dispositif permettant de commander une incrémentation ou une décrémentation de la puissance de la torche.
  8. Système selon la revendication 5, les moyens (132) pour commander la régulation de la température comportant des moyens pour produire un signal de commande de variation de la puissance de la torche en fonction d'une température Tf de fonctionnement du dispositif dans lequel est placé la torche et de l'inertie (Cp) du dispositif.
  9. Système selon la revendication 5 ou 8, les moyens de régulation de la température produisant un signal d'incrémentation ou de décréméntation de la puissance de la torche selon, d'une part, l'écart entre la température réelle mesurée dans le dispositif et une température de consigne instantanée et, d'autre part, l'écart entre la vitesse de variation de la température réelle et l'inertie du dispositif.
  10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, comportant en outre des moyens permettant d'envoyer à une interface opérateur (38) des signaux d'alerte lors de la survenance de défauts de moyens d'alimentation en fluides (32, 33, 71) ou de moyens d'alimentation électrique (30) de la torche à plasma.
  11. Système selon l'une des revendications 1 à 10, comportant en outre des moyens permettant d'envoyer un signal d'arrêt du fonctionnement de la torche lors de la survenance de défauts de moyens d'alimentation en fluides (32, 33, 71) ou de moyens d'alimentation électrique (30) de la torche à plasma.
  12. Système selon l'une des revendications 10 ou 11, les moyens d'alimentation en fluides comportant des moyens (32) pour faire circuler un fluide de refroidissement de la torche et/ou des moyens (33) pour faire circuler un gaz plasmagène et/ou des moyens (71) pour alimenter en fluide un vérin de démarrage de la torche.
  13. Système selon l'une des revendications 10 ou 11, les moyens (32) d'alimentation en fluide comportant des moyens (54) pour déminéraliser un fluide de refroidissement, des moyens pour surveiller la déminéralisation du fluide et/ou des moyens pour surveiller le débit de fluide de refroidissement dans la torche et/ou la pression de fluide et/ou la température du fluide en entrée et en sortie de la torche.
  14. Système selon l'une des revendications 10 ou 11, les moyens (33) d'alimentation en fluide comportant en outre des moyens (70) pour faire circuler un gaz plasmagène et des moyens pour surveiller le débit de gaz plasmagène envoyé dans la torche.
  15. Système selon l'une des revendications 10 ou 11, les moyens d'alimentation en fluide comportant des moyens (71) pour alimenter en fluide un vérin de démarrage de la torche et des moyens pour surveiller la pression de fluide transmis au vérin.
  16. Système selon l'une des revendications 10 à 15, les moyens (30) d'alimentation électrique fournissant à la torche un courant d'arc et une tension d'arc et comportant en outre des moyens (39, 40) pour surveiller ce courant d'arc et cette tension d'arc.
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