EP1418343B1 - Dispositif de commande d'un actionneur électro-hydraulique intégré - Google Patents

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EP1418343B1
EP1418343B1 EP03292697A EP03292697A EP1418343B1 EP 1418343 B1 EP1418343 B1 EP 1418343B1 EP 03292697 A EP03292697 A EP 03292697A EP 03292697 A EP03292697 A EP 03292697A EP 1418343 B1 EP1418343 B1 EP 1418343B1
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EP
European Patent Office
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housing
control
hydraulic
valve system
valve
Prior art date
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EP03292697A
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Dominique Duboy
Jean-François Galindo
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KSB SAS
Original Assignee
KSB SAS
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Publication date
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    • F15B2211/7142—Multiple output members, e.g. multiple hydraulic motors or cylinders the output members being arranged in multiple groups

Definitions

  • the present invention relates to a valve system comprising a valve, an electro-hydraulic actuator for actuating the valve and an actuator control device, particularly in environments where a large number of valves are each connected to the valve. on the one hand to a common source of electric power and on the other hand to a central information processing system, in particular in so-called difficult environments, for example in ships.
  • the control device consists of an electric motor, a hydraulic block comprising a hydraulic pump and a hydraulic reservoir, and an electronic assembly for local control of the valve.
  • valves of this kind are generally constituted in two parts, namely a first part comprising a housing, in which is located the electric motor and the hydraulic block, comprising a pump and a reservoir, and a second part comprising a cabinet or small cabinet in which there is a local electronic control station, including a PLC.
  • the present invention aims to overcome these disadvantages by proposing a new control device of an electro-hydraulic actuator of a valve, which offers more functionalities for controlling and controlling the valve, including, for example, the possibility of manual control in the event of failure of the central control system, monitoring of the engine temperature, its amperage and operating time, end-of-travel discrimination, level monitoring oil, an indication of movement, etc., without the propensity to break down the device when exposed to a difficult environment, especially in a ship, does not increase.
  • the system is less sensitive to harsh environments and in particular to marine environments, for example at a high humidity level.
  • the system is less bulky than prior art systems, which makes it particularly suitable for use in ships or ships.
  • a valve system according to the preamble of claim 1 is known from EP-A-0665381.
  • a valve system is as defined in claim 1.
  • a local control that is to say independent of the central power supply and control and control systems and assigned respectively to the actuator, is thus possible.
  • an operator or a user can manually control the valve in the immediate vicinity of it being assigned to it.
  • the common housing comprises an access opening to a part of the electronic assembly, in particular a part for a local control.
  • the common housing comprises a second access opening to the connectors for connecting the motor and the electronic assembly to the power and data networks.
  • the common housing comprises an auxiliary compartment in which are the connection terminals for the connectors, the auxiliary compartment being sealed against the fluids and dust, relative to the rest of the housing .
  • the housing comprises a second auxiliary compartment in which is located said local control part, in particular manual, of the electronics.
  • the electronic assembly comprises a microcontroller for integrating the control and control functions of the motor and the pump. It is also possible to provide means for performing the interpretation of the operator's commands. It is also possible to provide a system for restoring end-of-travel positions and digital or proportional electrical signals. It is also possible to provide means for monitoring the engine temperature, the engine amperage or the engine operating time. It is also possible to provide end-of-stroke discrimination means. It is also possible to provide means of monitoring the oil level up and down. It is also possible to provide movement indicating means. Predictive diagnosis and maintenance can also be provided.
  • the present invention also relates to a valve system comprising an electro-hydraulic actuator and a control device according to the invention.
  • the valve may be a quarter turn valve or a linear valve.
  • FIG. 1 is an overview of a valve system in a ship comprising a central data processing system, a central power supply system and a plurality of valves and associated electro-hydraulic actuators each connected to the central systems.
  • FIG. 4 is an overview of the hydraulic actuator, its control device and its associated valve.
  • Figure 5 is a sectional view of the housing of Figure 2 comprising the control device of the hydraulic actuator according to the invention.
  • valve system in a boat.
  • valves R each have their own hydraulic actuator 1.
  • Each of these valve + hydraulic actuator assemblies are connected on the one hand by electrical cables 2 to a central electrical power supply system 3, and on the other hand by communication buses, that is to say data lines, to a central processor 4 controlling the central control and control of these valves R.
  • the 5 control device of the hydraulic actuator consists of a housing 6 in which is enclosed a motor 7, a hydraulic block 8 and an electronic assembly 9 (in the form of printed circuit boards for example) for control and control local control device 5 of the hydraulic actuator.
  • the hydraulic block 8 comprises a gear pump 10, an oil tank 11 and hydraulic circuits 12 comprising hydraulic valves 12 for connection with the hydraulic actuator 2 for hydraulic control thereof.
  • the housing 6 common consists of a side wall 18 all around a bottom 14 and a top 15 which is fixed to the rest of the housing by screws 18 screwed into a rim 17 upper projecting inwards of the side wall 18.
  • auxiliary compartment 29 in the common housing in which is received the portion 22 of local manual control of the control device.
  • an opening 30 which is discovered by unscrewing a cap 31 which can be screwed tightly on the opening.
  • This opening gives access to terminal blocks 32 for the connection of the electrical network and the data network respectively to the motor and to the electronic assembly 9 which are in the housing.
  • These terminal blocks 33 are themselves enclosed in an auxiliary compartment 34, so that when the two power and data networks are connected, the rest of the housing is not subjected to a harsh environment, especially at a high humidity.
  • the hydraulic pump is a gear pump.
  • the local electronic control assembly 9 is constituted by printed circuit boards 40 on which electronic circuits are provided which make it possible to control the electric actuator as a function of a certain number of data obtained from several different sensors arranged either in the tap. either in the actuator or in the control device of the actuator.
  • the data signals are either analog signals or digital signals.
  • an analog-to-digital converter can be provided upstream of the box which transforms the signals into digital signals before sending them to the boards or printed circuit boards of the electronic assembly.

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Description

  • La présente invention se rapporte à un système de robinetterie comportant un robinet, un actionneur électro-hydraulique pour l'actionnement du robinet et un dispositif de commande de l'actionneur, en particulier dans des environnements où un grand nombre de robinets sont chacun connectés d'une part à une source commune de courant électrique et d'autre part à un système central de traitement d'informations, en particulier dans des environnements dits difficiles, par exemple dans des navires. Le dispositif de commande est constitué d'un moteur électrique, d'un bloc hydraulique comportant une pompe hydraulique et un réservoir hydraulique, et d'un ensemble électronique de commande locale du robinet.
  • Dans la technique antérieure, en particulier dans le domaine des constructions navales, on connaît déjà des systèmes de robinetterie de ce genre. Les dispositifs de commande de l'actionneur y sont généralement constitués en deux parties, à savoir une première partie comportant un boîtier, dans lequel se trouve le moteur électrique et le bloc hydraulique, comportant une pompe et un réservoir, et une deuxième partie comportant un cabinet ou petite armoire dans lequel se trouve un poste électronique de commande locale, notamment un PLC.
  • Ce type de dispositif antérieur souffre de plusieurs inconvénients. En premier lieu ces dispositifs n'offrent pas beaucoup de fonctionnalités pour l'utilisateur final. En deuxième lieu, ces dispositifs sont très sensibles aux pannes, notamment lorsqu'ils sont installés dans des environnements dits difficiles, par exemple en milieu marin. Il s'avère d'ailleurs que plus il y a de fonctionnalités proposées par ces dispositifs et plus ils sont susceptibles de tomber en panne lors d'une exposition à des milieux difficiles. Enfin, ces dispositifs, par leur conception même en deux parties, sont volumineux, alors même que dans certains milieux difficiles comme par exemple dans des bateaux, navires ou autres installations confinées, la place disponible est un facteur important.
  • La présente invention vise à surmonter ces inconvénients en proposant un nouveau dispositif de commande d'un actionneur électro-hydraulique d'un robinet, qui offre plus de fonctionnalités pour la commande et le contrôle du robinet, notamment, par exemple, la possibilité d'une commande manuelle en cas de défaillance du système central de commande, une surveillance de la température du moteur, de son ampérage et du temps de manoeuvre, une discrimination de fin de course, une surveillance du niveau d'huile, une indication du mouvement, etc., sans pour autant que la propension à tomber en panne du dispositif lorsqu'il est exposé à un milieu difficile, notamment dans un navire, n'augmente. Au contraire, suivant l'invention, le système est moins sensible aux environnements difficiles et notamment aux environnements marins, par exemple à un taux d'humidité élevé. Enfin, le système est moins encombrant que les systèmes de l'art antérieur, ce qui le rend particulièrement approprié pour une utilisation dans des bateaux ou navires. Un système de robinetterie suivant le préambule de la revendication 1 est connu de EP-A-0665381.
  • Suivant l'invention, un système de robinetterie est tel que défini à la revendication 1.
  • En prévoyant ainsi d'intégrer dans une même enveloppe le moteur électrique, le bloc hydraulique et l'ensemble électronique de commande, il n'est plus nécessaire pour obtenir de nombreuses fonctionnalités du système de prévoir de nombreux fils de transmission des données entre un cabinet de commande (dans lequel était disposé l'ensemble électronique de commande et contrôle local dans le cas de l'art antérieur) et un boîtier dans lequel se trouve le moteur. Or, si l'on prévoit dans les dispositifs antérieurs de nombreux fils pour transmettre des données en vue d'augmenter les fonctionnalités offertes à l'utilisateur final du robinet, il est nécessaire de prévoir de nombreuses ouvertures pour le passage de ces fils dans le boîtier comportant le moteur et le bloc hydraulique. La complexité et le nombre important de fils nécessaires pour transmettre les commandes liés à ces fonctionnalités sont alors tels que la fiabilité de ces fonctionnalités n'est pas d'un niveau acceptable. Suivant l'invention, au contraire, on peut en prévoir autant que l'on souhaite sans avoir à prévoir ni un grand nombre de fils, ni de nombreuses ouvertures de passage. Une commande locale, c'est-à-dire indépendante des systèmes centraux d'alimentation et de commande et de contrôle et affectée respectivement à l'actionneur, est ainsi possible. En particulier un opérateur ou un utilisateur peut commander manuellement le robinet à proximité immédiate de celui-ci en étant affecté à celui-ci.
  • Suivant un perfectionnement de l'invention, le boîtier commun comporte une ouverture d'accès à une partie de l'ensemble électronique, notamment une partie pour une commande locale.
  • En prévoyant ainsi une ouverture dans le boîtier pour permettre à l'utilisateur de venir commander en direct le système électronique de commande du robinet, on s'assure qu'il n'est pas nécessaire, dès que le système central tombe en panne et que l'on souhaite cependant faire fonctionner le robinet, d'avoir à retirer le boîtier complet et exposer ainsi l'ensemble à des conditions difficiles, notamment à un taux d'humidité élevé, ce qui est très néfaste pour les circuits électroniques, notamment des cartes à circuit imprimé.
  • Suivant un perfectionnement de l'invention, le boîtier commun comporte une deuxième ouverture d'accès à la connectique pour le raccordement du moteur et de l'ensemble électronique aux réseaux de puissance électrique et de données. Ainsi, de même que dans le cas de l'ouverture d'accès à la partie de commande électronique, lorsque l'on effectue le branchement des deux réseaux de puissance électrique et de données en provenance du système central de commande et du réseau central d'alimentation en courant électrique, il n'est pas nécessaire de retirer le boîtier, et on évite ainsi de soumettre le dispositif de commande de l'actionneur à des conditions difficiles, notamment un taux d'humidité élevé.
  • Suivant encore un perfectionnement de l'invention, le boîtier commun comporte un compartiment auxiliaire dans lequel se trouvent les bornes de raccordement pour la connectique, le compartiment auxiliaire étant rendu étanche vis-à-vis des fluides et poussières, par rapport au reste du boîtier.
  • Ainsi, lorsque l'on effectue les branchements, on ne permet pas l'introduction à l'intérieur du boîtier et notamment sur les circuits intégrés de l'ensemble électronique, de poussière et autre humidité.
  • Suivant un perfectionnement de l'invention, le boîtier comporte un deuxième compartiment auxiliaire dans lequel se trouve ladite partie de commande locale, notamment manuelle, de l'électronique.
  • Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, l'ensemble électronique comporte un microcontrôleur permettant d'intégrer les fonctions de contrôle et commande du moteur et de la pompe. On peut également prévoir des moyens destinés à effectuer l'interprétation des commandes de l'opérateur. On peut également prévoir un système de restitution des positions de fin de course, et les signaux électriques digitaux ou proportionnels. On peut également prévoir des moyens destinés à surveiller la température du moteur, l'ampérage du moteur ou le temps de manoeuvre du moteur. On peut également prévoir des moyens de discrimination de fin de course. On peut également prévoir des moyens de surveillance du niveau d'huile haut et bas. On peut également prévoir des moyens d'indication de mouvement. On peut également prévoir des moyens de diagnostic et de maintenance prédictive.
  • De manière générale, on peut prévoir autant de fonctionnalités que l'on souhaite, sachant que l'on n'est plus limité par le fait d'avoir à faire passer autant de fils que de fonctionnalités entre un cabinet et un boîtier.
  • La présente invention vise également un système de robinetterie comportant un actionneur électro-hydraulique et un dispositif de commande suivant l'invention. En particulier, le robinet peut être un robinet quart de tour ou un robinet linéaire.
  • Au dessin, donné uniquement à titre d'exemple, la figure 1 est une vue d'ensemble d'un système de robinetterie dans un navire comportant un système central de traitement de données, un système central d'alimentation en courant et une pluralité de robinets et d'actionneurs électro-hydrauliques associés reliés chacun aux systèmes centraux.
  • A la figure 2, il est représenté suivant une vue en perspective éclatée un boîtier commun suivant l'invention.
  • A la figure 3, il est représenté le dispositif de commande de l'actionneur électro-hydraulique tel qu'incorporé dans le boîtier de la figure 2;
  • La figure 4 est une vue d'ensemble de l'actionneur hydraulique, de son dispositif de commande et de son robinet associé.
  • La figure 5 est une vue en coupe du boîtier de la figure 2 comportant le dispositif de commande de l'actionneur hydraulique suivant l'invention.
  • A la figure 1, il est représenté un système de robinetterie dans un bateau. Plusieurs robinets R comportent chacun leur propre actionneur 1 hydraulique. Chacun de ces ensembles robinet+actionneur hydraulique sont reliés d'une part par des câbles électriques 2 à un système central de fourniture d'énergie électrique 3, et d'autre part, par des bus de communication, c'est-à-dire des lignes de transmission de données, à un processeur 4 central régissant la commande et le contrôle centraux de ces robinets R.
  • A la figure 3, il est représenté de manière plus détaillée un dispositif de commande de l'actionneur hydraulique suivant l'invention. Le dispositif 5 de commande de l'actionneur hydraulique est constitué d'un boîtier 6 dans lequel est enfermé un moteur 7, un bloc 8 hydraulique et un ensemble 9 électronique (sous forme de plaquettes à circuits imprimés par exemple) permettant une commande et un contrôle locaux du dispositif 5 de commande de l'actionneur hydraulique. Le bloc 8 hydraulique comporte une pompe 10 à engrenage, un réservoir 11 à huile et des circuits 12 hydrauliques comportant des vannes 12 hydrauliques pour la liaison avec l'actionneur 2 hydraulique en vue de sa commande par l'hydraulique. Le boîtier 6 commun est constitué d'une paroi latérale 18 faisant tout le tour d'un fond 14 et d'un dessus 15 qui est fixé au reste du boîtier par des vis 18 vissées dans un rebord 17 supérieur faisant saillie vers l'intérieur de la paroi 18 latérale. Il est formé dans ce dessus 15 du boîtier 6 une ouverture 20 qui, par enlèvement d'un bouchon 21 adapté de manière étanche, permet l'accès à une partie 22 de commande manuelle locale du dispositif 5 de commande de l'actionneur et donc permet une commande locale du robinet. Ces commandes sont réalisées sous la forme de boutons poussoirs 23 que l'on peut pousser pour commander directement l'ensemble électronique de commande de l'actionneur.
  • On peut prévoir une membrane 24 étanche et souple interposée entre les boutons poussoirs 28 et l'extérieur, de sorte que l'opérateur peut appuyer sur les boutons en appuyant sur la membrane qui transmet aux boutons 23 la poussée de l'opérateur, la membrane étant disposée de manière étanche, de sorte qu'ainsi, lorsque l'opérateur effectue la commande en poussant sur les boutons, il n'expose pas l'intérieur du boîtier commun à l'environnement extérieur difficile, notamment à un environnement à taux d'humidité élevé.
  • En outre, il est prévu un compartiment 29 auxiliaire dans le boîtier commun dans lequel est reçu la partie 22 de commande manuelle locale du dispositif de commande.
  • De même, dans la partie latérale, il est formé une ouverture 30 que l'on découvre en dévissant un bouchon 31 qui peut se visser de manière étanche sur l'ouverture. Cette ouverture donne accès à des blocs 32 à bornes pour le raccordement du réseau électrique et du réseau de données respectivement au moteur et à l'ensemble 9 électronique.qui se trouvent dans le boîtier. Ces blocs 33 à bornes sont eux-mêmes enfermés dans un compartiment 34 auxiliaire, de sorte que lorsque l'on effectue le raccordement des deux réseaux de puissance et de données, le reste du boîtier n'est pas soumis à un environnement difficile, notamment à un taux d'humidité élevé.
  • La pompe hydraulique est une pompe à engrenage. On pourrait évidemment prévoir d'autres types de pompes suivant l'invention.
  • L'ensemble 9 électronique de commande locale est constitué de cartes à circuit imprimé 40 sur lesquelles sont prévus des circuits électroniques permettant la commande de l'actionneur électrique en fonction d'un certain nombre de données obtenues de plusieurs capteurs différents disposés soit dans le robinet, soit dans l'actionneur, soit dans le dispositif de commande de l'actionneur.
  • Ainsi il n'est plus nécessaire, pour fournir une fonctionnalité supplémentaire au robinet, de prévoir le passage d'un fil supplémentaire à travers le boîtier où se trouve le moteur et le bloc hydraulique. Comme l'ensemble électronique se trouve également dans le même boîtier, la liaison entre le moteur et le bloc hydraulique et cet ensemble se fait sans avoir à retirer le boîtier pour effectuer le branchement et sans avoir à prévoir des systèmes d'étanchéité pour chaque fil. Une seule et unique liaison pour les données traverse le boîtier, à savoir entre l'unité 4 centrale et l'ensemble 9 électronique. En outre, lorsque l'on souhaite commander localement le robinet, on n'a pas besoin de retirer le boîtier pour accéder à la partie de commande locale, notamment manuelle, de l'ensemble 9 électronique de commande.
  • Les différentes fonctionnalités que l'on peut prévoir sont les suivantes (sans que cette liste ne soit exhaustive, ni limitative) :
    • Microcontrôleur pour intégrer les fonctions de contrôle et commande locaux du moteur et de la pompe.
    • Interprétation des commandes de l'utilisateur.
    • Restitution des positions de fin de course.
    • Surveillance de la température du moteur, de l'amperage ou de son temps de manoeuvre.
    • Discrimination de fin de course.
    • Surveillance du niveau d'huile, haut et bas.
    • Indication du mouvement.
    • Diagnostic et maintenance prédictives.
  • Ces différentes fonctionnalités sont bien connues. Elles sont facilement mises en oeuvre par des circuits électroniques et des capteurs bien connus et que l'on ne décrit pas plus en détail ici, les circuits électroniques étant disposés dans l'ensemble 9 électronique.
  • Les signaux de données sont soit de signaux analogiques, soit des signaux numériques. Dans le cas de signaux analogiques, on peut prévoir un convertisseur analogique/numérique en amont du boïtier qui transforme les signaux en signaux numériques avant de les envoyer aux cartes ou plaquettes à circuit imprimé de l'ensemble 9 électronique.

Claims (6)

  1. Système de robinetterie, comportant au moins deux robinets, chaque robinet étant actionné par un actionneur hydraulique qui lui est associé, chaque actionneur hydraulique étant commandé par un dispositif de commande, chaque dispositif de commande comportant un moteur alimentant une pompe hydraulique qui aspire du fluide hydraulique dans un réservoir hydraulique, et un ensemble électronique (9) de commande locale, les au moins deux moteurs étant alimentés en courant par une alimentation électrique centrale et étant également commandés centralement par une unité centrale de traitement de données à laquelle ils sont reliés par un bus de données, caractérisé en ce que :
    - pour chaque dispositif de commande, le moteur électrique, la pompe hydraulique, le réservoir et l'ensemble électronique sont enfermés dans une enveloppe commune, notamment un boîtier, de préférence de manière étanche aux fluides ; et le boîtier (16) commun comporte une ouverture (30) d'accès à la connectique pour le raccordement du moteur (7) et de l'ensemble (9) électronique aux réseaux (2, 3, 4) de puissance électrique et de données, et le boîtier (6) commun comporte un compartiment (34) auxiliaire dans lequel se trouvent les bornes (33) de raccordement pour la connectique, le compartiment auxiliaire (34) étant rendu étanche vis-à-vis des fluides et poussières, par rapport à l'ensemble (9) électronique et au reste du boîtier.
  2. Système de robinetterie suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (16) commun comporte une ouverture (20) d'accès à une partie (22) de l'ensemble (9) électronique, notamment une partie pour la commande locale.
  3. Système de robinetterie suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le boîtier (6) comporte un deuxième compartiment (29) auxiliaire dans lequel se trouve ladite partie (22) de commande locale, notamment manuelle, de l'électronique, et il est possible de prévoir une membrane (24) étanche interposée entre ce compartiment (29) auxiliaire et l'extérieur du boîtier.
  4. Système de robinetterie suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les signaux échangés entre l'unité (4) centrale et chaque système sont des signaux numériques.
  5. Système de robinetterie suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les signaux échangés avec l'unité (4) centrale sont des signaux analogiques et il est prévu un convertisseur analogique numérique en amont du boîtier, entre celui-ci et l'unité (4) centrale.
  6. Navire, notamment bateau ou aéronef comportant un système de robinetterie suivant l'une des revendications 1 à 5.
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