FR2663473A1 - Dispositif et procede de limitation de charge pour appareil mecanique ou similaire, utilisant au moins un organe moteur de type electrique. - Google Patents
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Abstract
L'invention est relative à un procédé et à un dispositif de limitation de charge pour appareil mécanique ou similaire utilisant au moins un organe moteur d'entraînement du type électrique. Selon l'invention, le dispositif 1 comporte au moins: - des moyens 2, 3, 4, 5 pour enregistrer, au moins en partie, les caractéristiques spécifiques de démarrage et de régime établi dudit organe moteur, selon une charge préfixée, - des moyens 2, 3, 4, 5 pour surveiller, dans le temps, le fonctionnement dudit appareil mécanique par rapport aux dites caractéristiques pré-enregistrées.
Description
t invention est relative à un dispositif de limitation de charge pour appareil mécanique ou similaire ainsi qu'à un procédé de limitation de charge mis en oeuvre dans le dit dispositif.
t1 invention trouvera son application dans le domaine de la construction des limiteurs de charge et aura de nombreuses utilisations pour tous types d'appareils mécaniques ou similaires utilisant au moins un organe moteur d'entraînement de type électrique alternatif.
Dans l'industrie, de plus en plus, on cherche à protéger les appareils qui sont utilisés, et par voie de conséquence, à protéger le personnel qui les utilise. De plus, dans certains cas, cette protection est rendue obligatoire par réglementations ou lois spécifiques.
A titre d'exemples non limitatifs, on cherche de plus en plus à protéger les dispositifs de pompes, de ventilateurs, d'appareils de levage. A ce sujet, en matière de ponts roulants, de palans, de monte-charges, d'ascenseurs, cette protection est plus que vivement conseillée car elle devient de plus en plus imposée.
De longue date, il est connu de protéger les installations électriques utilisant un ou plusieurs organes moteurs contre les courts-circuits et/ou contre les échauffements intempestifs. A ce sujet, il est courant d'utiliser des protections par fusibles, disjoncteurs ou relais thermiques.
Ces protections sont efficaces pour certains défauts, mais ne disposent pas d'une précision suffisante afin d'être utilisées en limiteur de charges. De plus, dans certains cas, les régimes intermittents, ou par impulsions des appareils mécaniques obligent un surcalibrage des protections pour accepter les démarrages répétés, qui peuvent, dans une certaine mesure, ne pas être préjudiciable au moteur ni à la mécanique, mais qui déclencheraient de façon hâtive les protections prévues trop justes.
Pour pallier ces inconvénients et pour avoir une meilleure précision, une première solution, apportée par les constructeurs de tels appareils, a été de neutraliser les protections, calibrées justes, pendant le démarrage de l'appareil mécanique, pour ne pas tenir compte de l'intensité de démarrage, qui est généralement de l'ordre de trois à sept fois l'intensité nominale dans le cas des moteurs alternatifs par exemple.
Un tel procédé a bien entendu permis d'augmenter la précision obtenue, mais est tout à fait sans effet sur le plan de la sécurité du matériel et du personnel. En effet, dans le cas des appareils de levage, qui fonctionnent très généralement avec un nombre de démarrages par heure très élevé et en impulsions, il est alors tout à fait possible de lever une surcharge par impulsion sans pour cela déclencher les protections.
Une deuxième solution qu'ont apporté certains constructeurs, dans certains cas, consistent à mesurer effectivement la charge à laquelle est soumise l'organe moteur l'entraînant.
Pour reprendre, par exemple, le domaine du levage, différents dispositifs de mesure de charge ont été mis au point, allant du système simple et rustique basé sur le principe du dynamomètre jusqu'aux systèmes beaucoup plus sophistiqués utilisant des jauges de contraintes et effectuant un pesage.
Si les systèmes de pesage ont une précision pouvant atteindre le millième, la précision apportée par les systèmes dynamométriques est de moindre importance et varie entre 10 et 20 %.
Les systèmes connus apportent dans certains cas une solution au problème posé mais souffrent de nombreux inconvénients de précisions, de coûts, de mise en oeuvre et d'adaptation.
Pour ce qui est des systèmes dynamométriques, leur coût est relativement raisonnable mais ils souffrent d'une faible précision, d'une dispersion des caractéristiques au cours de leur durée de vie et obligent dans de très nombreux cas des adaptations particulières sur l'appareil de levage, qui augmentent le coût de revient et diminuent le caractère universel d'utilisation.
En effet, dans chaque cas d'application mécanique, il faudra créer un système dynamométrique adapté en fonction des possibilités de prise de charge. De plus, dans une même application, en fonction des différentes valeurs de charges autorisées, il faudra prévoir autant de systèmes dynamométriques que de valeurs de charges.
Par ailleurs, dans le cas du levage, de tels systèmes dynamométriques se présentent, par exemple, sous la forme d'un assemblage de rondelles-ressorts ou similaire agissant sur un contact électrique en fonction de la traction effective dans le câble de levage. Différents modèles sont alors à prévoir selon les capacités de levage et selon la structure même de l'appareil de levage.
Pour ce qui est des systèmes de pesage, à jauges de contrainte piézo-résistives, le principal obstacle à leur développement réside dans le coût de l'installation qui est de cinq à dix fois celui des systèmes dynamométriques connus.
Certes, on a une très bonne précision mais on retrouve les inconvénients précités pour ce qui est de l'adaptation mécanique du système de pesage sur l'appareil.
En outre, ce système étant très sensible, et les appareils mécaniques ainsi équipés engendrant généralement des oscillations au démarrage, il souvent indispensable de neutraliser ces dispositifs pendant ces régimes Wransitoirês, neutralisations qui s'opèrent par la mise en oeuvre a'une temporisation préfixée.
A ces inconvénients, s ajoute corse précisc ci-des sus la réglementation qui est de plus en plus stricte et qui a tendance à interdire les temporisations non contrôlées mises en oeuvre dans de tels systèmes ear exemple, en matière d'appareils de levage, la réglementation européenne qui est en train de s'harmoniser interdit toute temporisation et impose le déclenchement du limiteur de charge si l'appareil travaille à 10 % de surcharge, ce déclenchement devant être effectif avant que
e charge n'ait été déplacée verticalement que de cinq centimètres maximum.
e charge n'ait été déplacée verticalement que de cinq centimètres maximum.
Le but de la présente invention est de proposer un dispositif et/ou un procédé de limitation de charge pour appareil mécanique ou similaire, utilisant au moins un organe moteur d'entraînement de type électrique, qui permettent de pallier les inconvénients précités et qui assurent un fonctionnement fiable sans neutralisation par temporisation aléatoire et non controlée lors de la phase de démarrage dudit appareil mécanique.
Un des buts de la présente invention est de proposer un dispositif et/ou un procédé de limitation de charge pour appareil mécanique ou similaire qui disposent d'une bonne précision, d'un coût comparable, voire même inférieur aux dispositifs existants et dont l'adaptation est universelle quel que soit le type d'appareil mécanique concerné.
En effet, la présente invention utilise des techniques électriques et électroniques qui permettent de disposer d'une précision inférieure ou égale à 10 % et qui ne dérivent pas dans le temps. La conception de l'appareil est telle que l'ambiance environnante dans laquelle il est placé n'influe que très faiblement sur sa longévité.
En outre, cette conception, mettant en oeuvre notamment un micro-processeur programmé, permet de simplifier les circuits et d'abaisser le coût ae revient.
L'adaptation du dispositif de la présente invention sur l'appareil mécanique ou similaire concerné permet également d'influer sur ce coût de revient. En effet, selon l'invention, on contrôle le fonctionnement du ou des organes moteurs d'entraînement, Indépendamment de la conception de la mécanique entraînee, ce qui lui confère une utilisation universelle.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif et/ou un procédé de limitation de charges pour appareil mécanique ou similaire, qui donc contrôlent le fonctionnement du ou des organes moteurs d'entraînement, mais qui également permettent la prise en compte de la construction mécanique entraînée, sa chaîne cinématique et de son inertie.
En effet, selon l'invention, on associe le dispositif de limitation de charge à l'appareil mécanique après construction de ce dernier et on impose le déclenchement du limiteur de charge après avoir étalonné ce dernier sur le dit appareil mécanique auquel il est assujetti.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif et/ou un procédé de limitation de charges particulièrement destiné à la protection des appareils de levage électriques, pour les mouvements verticaux et/ou horizontaux.
Toutefois, il est à noter qu'il s'agit là d'une application avantageuse mais non limitative, et la présente invention sera également très appréciée dans le domaine de la protection des moteurs électriques de pompes, de ventilateurs, de convoyeurs, etc.
D'autres buts et avantages de la présente invention, apparaîtront au cours de la description qui va suivre, qui n'est cependant donnée qu'a titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter.
Selon l'invention, le dispositif de limitation de charge pour appareil mécanique ou similaire utilisant au moins un organe moteur d'entraînement du type électrique, est caractérisé par le fait qu'il comporte
- des moyens pour enregistrer, au moyens en partie, les caractéristiques spécifiques ae démarrage et de régime établi, dudit organe moteur, selon une charge préfixée,
- des moyens pour srrill,, aans le temps. Le fonctionnement dudit appareil mécanique par -ap;so~~ a= dites caractéristiques pré-enregistrées.
- des moyens pour enregistrer, au moyens en partie, les caractéristiques spécifiques ae démarrage et de régime établi, dudit organe moteur, selon une charge préfixée,
- des moyens pour srrill,, aans le temps. Le fonctionnement dudit appareil mécanique par -ap;so~~ a= dites caractéristiques pré-enregistrées.
Le procédé de limitation de charge, mis w oeuvre dans le dispositif de l'invention, est caractérisé par le fait que
- on enregistre, dans une phase d'étalonnage, les caractéristiques spécifiques de démarrage et ae régime établi dudit organe moteur, selon une charge préfixée,
- puis lors du fonctionnement dudit appareil mécanique, on surveille dans le temps, la marche dudit organe moteur par rapport aux dites caractéristiques préenregistrées.
- on enregistre, dans une phase d'étalonnage, les caractéristiques spécifiques de démarrage et ae régime établi dudit organe moteur, selon une charge préfixée,
- puis lors du fonctionnement dudit appareil mécanique, on surveille dans le temps, la marche dudit organe moteur par rapport aux dites caractéristiques préenregistrées.
Autrement dit, selon l'invention on va enregistrer la caractéristique du moteur en charge, puis lors du fonctionnement on va comparer la marche du moteur par rapport à ses caractéristiques enregistrées.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins qui en font partie intégrante.
La figure 1 illustre les courbes caractéristiques d'un moteur alternatif, asynchrone par exemple, de son couple et de son intensité en fonction de sa vitesse de rotation.
La figure 2 illustre dans le temps l'évolution de la puissance absorbée par le dit moteur électrique objet de la figure 1, au démarrage puis en régime établi.
La figure 3 représente un schéma synoptique général du dispositif de limitation de charge de la présente invention.
Les figures 4a à 4c montrent, à titre d'exemple, un schéma de principe d'un mode de réalisation du dispositif de limitation de charge de la présente invention, et représentent respectivement le circuit des entrées, le circuit des sorties et le circuit de traitement et de calcul du dispositif.
La figure 5 montre la mise en oeuvre du dispositif de limitation de charge de la présente invention dans un appareil mécanique équipé d'un moteur électrique triphasé à un seul sens de rotation.
La figure 6 montre la mise en oeuvre du dispositif de la présente invention sur un appareil mécanique utilisant deux moteurs d'entraînement.
La figure 7 représente un organigramme illustrant le procédé de limitation de charge de la présente invention.
La figure 8 montre un détail de l organigramme représenté à la figure 7 pourla phase d'étalonnage.
L'invention concerne un dispositif et/ou un procédé de limitation de charge pour appareil mécanique ou similaire utilisant au moins un organe moteur d'entraînement du type électrique.
Bien que l'appareil ait été développé plus spécialement dans le domaine de la protection des appareils de levage électriques r l'invention ne saurait en aucun cas être limitée à une telle application et pourra également être utilisée dans d'autres domaines tels que pour la protection de moteurs électriques, de pompes, de ventilateurs, de convoyeurs, etc... que les mouvements soient verticaux et/ou horizontaux.
Comme rappelé ci-dessus, les dispositifs limiteurs de charge connus présentent de nombreux inconvénients et la présente invention propose un limiteur de charge qui pallie ces inconvénients et dans lequel il ne soit pas nécessaire de mettre une temporisation incontrôlable pour neutraliser les régimes transitoires de l'appareil mécanique.
Chaque moteur électrique présente une caractéristique spécifique selon d'une part son principe de fonctionnement et d'autre part sa configuration et sa réalisation.
A titre d'exemple, la figure 1 montre les caractéristiques de couple et d'intensité d'un moteur triphasé asynchrone en fonction de sa vitesse de rotation.
A ce sujet, au point de fonctionnement nominal, la vitesse est repérée N=, le couple nominal par Cn et l'intensité nominale par In
En revanche, à l'instant 0, c'est-à-dire au départ du démarrage du moteur, l'intensité de démarrage est repérée par Id et le couple de démarrage par C, ces valeurs étant très nettement supérieures aux valeurs nominales.
En revanche, à l'instant 0, c'est-à-dire au départ du démarrage du moteur, l'intensité de démarrage est repérée par Id et le couple de démarrage par C, ces valeurs étant très nettement supérieures aux valeurs nominales.
En fonction de telles caractéristiques, le moteur d'entraînement considéré présente une courbe d'évolution de la puissance dans le temps, telle que représentée à la figure 2, dans laquelle l'instant t0 correspond au point de démarrage, l'instant tn correspond au régime établi ou autrement dit à la fin de la période de démarrage, et l'instant ta représente le temps de fonctionnement total du moteur avant l'arrêt de l'appareil entraîné.
Cela étant, à l'instant t0 la puissance est nulle, puis celle-ci croît en fonction du temps pour passer par un maximum repéré Pmax et ensuite décroit pour arriver à l'instant tn à la puissance nominale absorbée repérée Pn.
Cette puissance Pn est théroriquement constante entre les temps tn et ta si la charge du moteur est constante. En revanche, elle évolue pendant le temps de démarrage repéré td = t=~to.
Cette courbe caractéristique est notamment spécifique du démarrage et du régime établi du moteur entraînant une charge préfixée. C'est par exemple à partir d'une telle caractéristique que l'on va prévoir le fonctionnement du dispositif de la présente invention.
Toutefois, il est à noter qu'il s'agit là de la puissance mais qu'on pourrait travailler sur d'autres valeurs prises séparément ou en combinaison telles que l'intensité, le couple, la tension.
Plus précisément, selon l'invention, dans le procédé de limitation de charge pour appareil mécaniques ou similaire utilisant au moins un organe moteur d'entraînement du type électrique, on va tout d'abord, dans une phase d'étalonnage, enregistrer, au moins en partie, les caractéristiques spécifiques de démarrage et de régime établi dudit organe moteur, selon une charge préfixée, puis lors du fonctionnement dudit appareil mécanique, surveiller dans le temps, la marche desdits organes moteurs par rapport aux dites caractéristiques pré-enregistrées.
Pour ce, le dispositif (1) de la présente invention comporte au moins d'une part des moyens pour enregistrer, au moins en partie, les caractéristiques spécifiques, de démarrage et de régime établi dudit organe moteur selon une charge préfixée, et d'autre part des moyens pour surveiller, dans le temps, le fonctionnement dudit appareil mécanique par rapport aux dites caractéristiques pré-enregistrées.
Ces moyens sont particulièrement montrés sur les figures 3 et 4 qui reprennent respectivement le schéma synoptique de structure et le schéma plus détaillé d'un mode de réalisation.
Selon la présente invention, lesdits moyens pour enregistrer . les caractéristiques spécifiques de démarrage et de régime établi comportent au moins
- des moyens 2 de mesure de tension du réseau d'alimentation du ou des organes moteurs en fonction du temps,
- des moyens 3 de mesure d'intensité absorbée par le ou les dits organes moteurs en fonction du temps,
- des moyens 4 de calcul de la puissance absorbée P du ou des dits organes moteurs en fonction du temps,
- des moyens 5 de stockage d'au moins la dite puissance P et du temps de démarrage td du ou des dits organes moteurs.
- des moyens 2 de mesure de tension du réseau d'alimentation du ou des organes moteurs en fonction du temps,
- des moyens 3 de mesure d'intensité absorbée par le ou les dits organes moteurs en fonction du temps,
- des moyens 4 de calcul de la puissance absorbée P du ou des dits organes moteurs en fonction du temps,
- des moyens 5 de stockage d'au moins la dite puissance P et du temps de démarrage td du ou des dits organes moteurs.
Dans le cas du mode de réalisation représenté à la figure 4, notamment destiné pour un appareil entraîné au moins par un moteur électrique alternatif triphasé, les moyens 2 de mesure de tension sont constitués par un ensemble 6 de résistance en étoile R15, R16, R17, R20 qui délivrent via la diode D15 une tension continue image de la tension d'alimentation, et dans le cas présent, des tensions triphasées ainsi que de leur présence.
Pour ce qui est des moyens 3 de mesure d'intensité, ils sont constitués, soit par une prise directe dans une des phases du moteur, soit par un transformateur d'intensité 7 intercalé sur une des phases du moteur délivrant au secondaire à travers un réseau 8 de résistance R24, R25, R26 un signal d'intensité en fonction du temps, ceci est particulièrement illustré à la figure 4a.
I1 est également à noter que cette figure montre un circuit d'alimentation 9 du dispositif réalisé selon des techniques traditionnelles à partir d'un transformateur tl, de ponts redresseurs D11, D12 et de divers filtrages, régulation de tension et batterie de sauvegarde.
La figure 4c, quant à elle, montre notamment une réalisation particulière des moyens 4 de calcul de la puissance P et des moyens 5 de stockage d'au moins cette dite puissance.
Ces moyens constituent autrement dit une unité centrale de calcul et de traitement des données, organisées autour d'un micro-processeur programmé 10.
Une telle réalisation est à la portée de l'Homme du métier considéré et on utilise par exemple un micro-processeur de technique CMOS avec mémoire RAM interne et entrées analogiques, micro-processeur utilisé en combinaison avec une mémoire programme EPROM 11, un décodeur d'adresses 12, un circuit de base de temps 13 à quartz Q1 et divers circuits auxiliaires tels que des réseaux de charges 14 sur les entrées et sorties ainsi qu'un circuit 15 de sécurité pour la sauvegarde mémoire.
Toutefois, il est à noter que cette unité de traitement fonctionne selon un programme original dont l'organigramme sera explicité ultérieurement.
En ce qui concerne les moyens, du dispositif de la présente invention, pour surveiller le fonctionnement dudit appareil mécanique, ils sont constitués de moyens suivants, qui peuvent, pour une partie, être communs avec ceux décrits précédemment
- des moyens 2 de mesure de tension du réseau d'alimentation du ou des organes moteurs en fonction du temps, substantiellement constitués, dans l'exemple décrit, par le circuit 6 de mesure de tension, aptes à capter le ou les tensions entre phases et/ou détecter leur présence,
- des moyens 3 de mesure d'intensité absorbée par le ou les dits organes moteurs en fonction du temps, substantiellement constitués dans ce cas par le circuit 7, 8 de mesure d'intensité, aptes à capter au moins le courant absorbé par une phase moteur,
- des moyens 4 de calcul, de comparaison et de traitement des données.
- des moyens 2 de mesure de tension du réseau d'alimentation du ou des organes moteurs en fonction du temps, substantiellement constitués, dans l'exemple décrit, par le circuit 6 de mesure de tension, aptes à capter le ou les tensions entre phases et/ou détecter leur présence,
- des moyens 3 de mesure d'intensité absorbée par le ou les dits organes moteurs en fonction du temps, substantiellement constitués dans ce cas par le circuit 7, 8 de mesure d'intensité, aptes à capter au moins le courant absorbé par une phase moteur,
- des moyens 4 de calcul, de comparaison et de traitement des données.
A ce sujet, ces moyens 4, lors de la surveillance du fonctionnement dudit appareil mécanique, autorisent:
- le calcul de la puissance P absorbée du ou des dits organes moteurs en fonction du temps,
- la comparaison de la dite puissance P ainsi mesurée à la consigne de puissance pré-enregistrée lors de la phase d'étalonnage,
- le traitement de la dite comparaison pour déclencher le cas échéant un signal d'anomalie.
- le calcul de la puissance P absorbée du ou des dits organes moteurs en fonction du temps,
- la comparaison de la dite puissance P ainsi mesurée à la consigne de puissance pré-enregistrée lors de la phase d'étalonnage,
- le traitement de la dite comparaison pour déclencher le cas échéant un signal d'anomalie.
Ces moyens 4 sont substantiellement constitués par l'unité centrale 10-15 décrite précédemment, organisée autour du micro-processeur.
En outre, le dispositif comporte un circuit d'asservissement 16, apte à commander le déclenchement du ou des organes moteurs en cas de dépassement de charge.
Ce circuit est connecté au port de sortie du micro-processeur 10 et comporte d'une part un ensemble de diodes luminescentes LEDi et d'autre part un ensemble de photocoupleurs 18 permettant un isolement galvanique entre l'unité de traitement et l'installation électrique.
L'ensemble de diodes de signalisation permet de renseigner l'utilisateur sur l'état des sorties du système, notamment sur les points suivants
- LED 1 : dispositif en état de surveillance,
- LED 2 : présence des trois phases d'alimentation,
- LED 3 : moteur en phase de démarrage,
- LED 4 : appareil sous-charge,
- LED 5 : appareil en surchage,
- LED 6 : état du circuit d'asservissement.
- LED 1 : dispositif en état de surveillance,
- LED 2 : présence des trois phases d'alimentation,
- LED 3 : moteur en phase de démarrage,
- LED 4 : appareil sous-charge,
- LED 5 : appareil en surchage,
- LED 6 : état du circuit d'asservissement.
Pour ce qui est du circuit d'optocouplage 18, il permet de commander divers circuits à relais ou automates. En particulier, des sorties "CHARGE" et "NEUTRE" permettent le déclenchement du contacteur de commande du ou des moteurs, et les sorties "COM.ALARME", "SEUIL BAS, "SEUIL HAUT" délivrent des informations exploitables par un automate par exemple.
Cela étant, le dispositif 1 de la présente invention comporte d'autres circuits auxiliaires 19, 20, 21 qui permettent notamment de signaler à l'unité centrale respectivement les caractéristiques de l'installation, le mode de fonctionnement, et offre a faculté de réarmer le dispositif facile à déclencher.
Pour ce qui est de l'entrée des caractéristiques de l'installation, la figure 4a montre une partie du circuit 19 présentant trois potentiomètres de réglage d'un temps de retard éventuel de déclenchement du dispositif, du seuil de sous-charge et du seuil de surcharge.
En outre, dans une configuration du dispositif de l'invention, on pourra contrôler le fonctionnement des deux moteurs. C'est pourquoi la figure 4b montre une autre partie du circuit 19 comportant une entrée moteur n01 "MOT 1" et une entrée moteur nO 2 "MOT-2".
A cet égard, il est à noter que les figures 5 et 6 montrent le câblage du dispositif dans l'installation électrique globale de commande du ou des organes moteurs d'entraînement dudit appareil mécanique à contrôler.
La figure 5 montre le cas d'un moteur à simple vitesse et à un sens de marche, la figure 6 montre le cas d'un appareil équipé d'un moteur à deux vitesses ou de deux moteurs monovitesses, à un sens de marcne.
Il est toutefois à remarquer que d'autres variantes peuvent être envisagées et le dispositif peut par exemple contrôler un moteur à deux sens de rotation ou deux moteurs à deux sens de rotation cnacun.
SGUr ce qui est du circuit 20 de moe 1e fonctionnement, une entrée étalonnage "ETALON." permet de recueillir l'information venant de ltopérateur lorsqu'il souhaite effectuer son étalonnage.
De même, le circuit 21 comporte une entre "REARMT." qui permettra le réarmement du dispositif après un déclenchement. Ce réarmement pourra être effectué automatiquement en fonction de certaines conditions, par exemple inversion du sens de marche, ou manuellement par un bouton séparé.
Il est également à remarquer que ces circuits 19, 20, 21 comporteront avantageusement des coupleurs optiques pour isoler galvaniquement le dispositif de limitation de charges de l'installation de l'appareil.
Cela étant, le processus de la phase d'étalonnage est le suivant
- on place le dispositif 1 de la présente invention en mode étalonnage, notamment par l'intermédiaire du circuit 20 décrit ci-dessus,
- on charge le dit appareil mécanique à surveiller à une valeur préfixée, qui est le plus souvent la charge nominale de l'appareil,
- on relève, ensuite en fonction du temps, pendant le démarrage de l'appareil ainsi que pendant une marche en régime établi, là où les valeurs de tension d'alimentation 2 et de courant absorbé 3,
- dans le cas du courant alternatif on en déduit le facteur de puissance "cors " 22 et, on calcule la puissance P absorbée en fonction du temps,
- on surveille l'établissement du courant absorbé et on relève le temps de démarrage td du dit organe d'entraînement,
- enfin, on mémorise le temps de démarrage td et la puissance P absorbée en régime établi, dite puissance de consigne.
- on place le dispositif 1 de la présente invention en mode étalonnage, notamment par l'intermédiaire du circuit 20 décrit ci-dessus,
- on charge le dit appareil mécanique à surveiller à une valeur préfixée, qui est le plus souvent la charge nominale de l'appareil,
- on relève, ensuite en fonction du temps, pendant le démarrage de l'appareil ainsi que pendant une marche en régime établi, là où les valeurs de tension d'alimentation 2 et de courant absorbé 3,
- dans le cas du courant alternatif on en déduit le facteur de puissance "cors " 22 et, on calcule la puissance P absorbée en fonction du temps,
- on surveille l'établissement du courant absorbé et on relève le temps de démarrage td du dit organe d'entraînement,
- enfin, on mémorise le temps de démarrage td et la puissance P absorbée en régime établi, dite puissance de consigne.
A ce sujet, la figure 2 montre une courbe illustrant l'évolution de la puissance en fonction du temps pendant le démarrage et en régime établi.
Plus précisément, on effectue successivement et périodiquement les dîtes mesures aux instants ti, t2 ...
ti-1, t, ti1, I avec A t = titi ~t, comme temps d'échantillonnage, puis on détermine la puissance de chaque mesure.
Ensuite, on mémorise chaque mesure selon l'évolution du temps ti et on la compare à la mesure précédente ti
Ainsi, en fonction du temps, on contrôle l'évolution de l'intensité absorbée et de la puissance consommée. Après une décroissance de l'intensité absorbée, on note une stabilisation de celle-ci, on va pouvoir considérer que la phase de démarrage de l'organe moteur est terminée, et le point de fonctionnement se trouvera sur la courbe de puissance entre le temps tn et le temps ta.
Ainsi, en fonction du temps, on contrôle l'évolution de l'intensité absorbée et de la puissance consommée. Après une décroissance de l'intensité absorbée, on note une stabilisation de celle-ci, on va pouvoir considérer que la phase de démarrage de l'organe moteur est terminée, et le point de fonctionnement se trouvera sur la courbe de puissance entre le temps tn et le temps ta.
Alors, on mémorise le temps écoulé ti depuis
la mise en service, qui correspondra à la consigne de
temps de démarrage t,, et on mémorise la puissance
calculée ainsi que la tension mesurée correspondante à la
dite puissance, qui constitueront ainsi les valeurs de
consigne.
la mise en service, qui correspondra à la consigne de
temps de démarrage t,, et on mémorise la puissance
calculée ainsi que la tension mesurée correspondante à la
dite puissance, qui constitueront ainsi les valeurs de
consigne.
Dans certains cas, pour tenir compte d'un établissement particulier du régime établi, après la dite stabilisation, on continue de mesurer et de calculer pendant un temps préétabli, par exemple une seconde, et on enregistre dans la mémoire 5 la valeur de puissance P la plus importante dans ce laps de temps.
La figure 8 illustre l'organigramme permettant l'analyse et la mémorisation du temps de démarrage td et la puissance P de consigne souhaitée.
Ce processus démarre lorsqu'on aura demandé l'étalonnage et lorsque l'on constatera qu'un moteur est en marche. Par exemple, on utilisera une information donnée par un contact auxiliaire KM1 et/ou KM2 du contacteur d'alimentation du ou des moteurs, tel qu'illustré figure 5 ou 6.
A partir de ces informations, on surveille l'établissement de l'intensité, tel que par exemple illustré à la figure 1, et on mémorise l'intensité maximale. Ceci est notamment possible en enregistrant à chaque instant tL la valeur de l'intensité et en la comparant à la valeur précédente puis en la stockant dans la mémoire.
Ensuite, on surveille la descente de l'intensité et on attend la stabilisation de celle-ci qui interviendra lorsque la phase de démarrage sera terminée et ainsi lorsqu'on sera en régime établi.
Dès cette constatation, on va placer dans la mémoire 5 une valeur de consigne correspondant au temps de démarrage t,, c'est-à-dire relative au temps qui s'est écoulé depuis la mise en service. On va également mémoriser la puissance absorbée et la tension relevée à cet instant tri par exemple.
Comme précisé ci-dessus, on continue de calculer la puissance pendant un certain temps, par exemple une seconde pour s'affranchir de certaines oscillations possibles avant une stabilisation définitive.
Aussi, pendant ce laps de temps complémentaire, si on détecte une puissance supérieure à celle déjà mémorisée, on écrase celle-ci dans la mémoire et on stocke la nouvelle valeur de puissance.
A la fin de cette succession d'étapes, on a donc rangé pour le moteur déterminé, son temps de démarrage td et la puissance de consigne souhaitée selon la charge préfixée.
Il est à noter, dans ce cas, que l'on surveille l'évolution de l'organe moteur mais que l'on prend en compte toute l'inertie mécanique ce, sans être obligé de faire des adaptations mécaniques particulières du dispositif de limitation de charge.
Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, le dispositif pourra surveiller deux moteurs, auquel cas, cette phase d'étalonnage aoit être menée de nouveau avec l'autre moteur.
Ce processus se retrouve intégré dans l'organigramme de la figure 7 qui montre le fonctionnement général du dispositif de limitation de charges de la présente invention.
rela étant, cet étalonnage réalisé, ie dispositif va procéder à la surveillance du fonctionnement a chaque mise en service de l'appareil mécanique à contrôler de la façon suivante
- on mesure, en fonction des temps, pendant son démarrage ainsi que sa marche en régime établi, les valeurs de tension 2 d'alimentation et d'intensité 3 absorbée,
- on en déduit éventuellement le facteur de puissance "cors " dans le cas d'un moteur alternatif, et on calcule la puissance absorbée P en fonction du temps,
- on compare la dite puissance absorbée P à la puissance de consigne, préalablement enregistrée pendant la phase d'étalonnage, et on compare le temps de marche ti par rapport au temps de démarrage td de consigne préenregistrée,
- on délivre un signal d'anomalie, notamment de surcharge, si le temps de marche ti et supérieur à td et si la puissance absorbée P mesurée est supérieure à la puissance de consigne.
- on mesure, en fonction des temps, pendant son démarrage ainsi que sa marche en régime établi, les valeurs de tension 2 d'alimentation et d'intensité 3 absorbée,
- on en déduit éventuellement le facteur de puissance "cors " dans le cas d'un moteur alternatif, et on calcule la puissance absorbée P en fonction du temps,
- on compare la dite puissance absorbée P à la puissance de consigne, préalablement enregistrée pendant la phase d'étalonnage, et on compare le temps de marche ti par rapport au temps de démarrage td de consigne préenregistrée,
- on délivre un signal d'anomalie, notamment de surcharge, si le temps de marche ti et supérieur à td et si la puissance absorbée P mesurée est supérieure à la puissance de consigne.
Cela étant, dans certains cas d'utilisation, pour pallier les irrégularités de fonctionnement provoquées, par exemple par des oscillations ou par une surcharge fugitive, on retardera avantageusement la dite délivrance du signal d'anomalie en fonction d'un temps de défaut préétabli autorisé.
Il est cependant à noter à ce sujet que cette temporisation n'est pas contraire aux impositions des services de sécurité, telles que rappelées dans le début de la description, car elle n'intervient que pendant la marche normale de l'appareil, c'est-à-dire s'il a déjà été autorisé à fonctionner par un démarrage correct non en surcharge.
En effet, si l'appareil mécanique était en surcharge au démarrage, le moteur aurait mis un temps plus important que celui de consigne pour démarrer et le dispositif aurait déclenché selon le principe énoncé cidessus.
Pour ce qui est de la fixation des consignes de surcharge, de sous-charge ou de retard de déclenchement, le dispositif de l'invention, tel que montré à la figure 4a, comporte dans son circuit 19 trois potentiomètres permettant respectivement de fixer un seuil de surcharge par rapport à ce qui a été enregistré comme consigne, de même un seuil de sous-charge par rapport à la consigne, ainsi qu'un temps autorisé permettant de différer le déclenchement lors de surcharges fugitives dans le fonctionnement en régime établi.
Pour affiner la précision du dispositif de limitation de charge de la présente invention, ce dernier comporte, en outre, un circuit de réglage de sensibilité 23 permettant d'adapter automatiquement la valeur lue par le circuit de mesure 3 à une valeur compatible avec l'exploitation par l'unité de traitement et de calcul 4.
En outre, lors de la phase de surveillance du fonctionnement de l'appareil mécanique, on corrigera la consigne de puissance pré-enregistrée en fonction de la tension effectivement mesurée à l'instant correspondant, ce après le calcul de la puissance absorbée et avant la comparaison avec la puissance de consigne enregistrée.
Cette possibilité est montrée dans l'organigramme de la figure 7.
En effet, par exemple, une légère surtension d'alimentation provoquera, pour un même couple moteur, une augmentation correspondante de la puissance.
Par ailleurs, à la suite d'une mise sous tension ou d' un réarmement de l'installation, on contrôle la présence des trois phases, dans le cas d'une alimentation triphasée, ou, le cas échéant l'enclenchement de deux moteurs simultanément, ce qui entraînerait un déclenchement instantané du dispositif.
Ensuite, si on est en demande d'étalonnage, on effectue un cycle comme décrit précédemment, sinon on est dans le processus de surveillance.
Ainsi, on vérifie que le moteur est bien en marche, éventuellement on corrige la consigne du nominal, c'est-à-dire la puissance pré-enregistrée du moteur en fonction de la tension mesurée.
Si la puissance absorbée est supérieure ou égale à la puissance de consigne mémorisée et si le temps de marche est supérieur au temps de démarrage autorisé et mémorisé, le dispositif va déclencher.
En fin de cycle, on corrige éventuellement ces ordres de la manière suivante
- si la puissance absorbée est supérieure ou égale à la puissance de consigne mémorisée et si le temps de marche est égal au temps de démarrage mémorisé plus le temps d'échantillonnage nt alors on provoque le déclenchement,
- en revanche, si la puissance absorbée est supérieure à la puissance de consigne mémorisée et si le temps de marche est supérieur au temps de démarrage plus une fois le temps d' échantillonnagent, c'est-à-dire si ti > td +t , , alors on suppose qu'il s'agit d'une surcharge ponctuelle et on ne déclenche le dispositif que si le temps de défaut constaté est supérieur ou égal au temps de retard du déclenchement autorisé mémorisé.
- si la puissance absorbée est supérieure ou égale à la puissance de consigne mémorisée et si le temps de marche est égal au temps de démarrage mémorisé plus le temps d'échantillonnage nt alors on provoque le déclenchement,
- en revanche, si la puissance absorbée est supérieure à la puissance de consigne mémorisée et si le temps de marche est supérieur au temps de démarrage plus une fois le temps d' échantillonnagent, c'est-à-dire si ti > td +t , , alors on suppose qu'il s'agit d'une surcharge ponctuelle et on ne déclenche le dispositif que si le temps de défaut constaté est supérieur ou égal au temps de retard du déclenchement autorisé mémorisé.
Cela étant, il est à noter qu'on a obtenu des résultats satisfaisants sur des appareils de levage dont le temps de démarrage, selon les cas est compris entre vingt millisecondes et dix secondes, en effectuant des mesures toutes les cinquante microsecondes environ et en mémorisant des informations toutes les vingt millisecondes environ. En outre, lors de la phase d'étalonnage, on vérifie la constance de la puissance absorbée sur vingt périodes, ce qui équivaut à une seconde pour la fréquence de cinquante hertz.
Naturellement, d'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de l'Homme de l'Art, auraient pu être envisagées sans pour cela sortir du cadre de la présente invention.
Claims (12)
1. Dispositif de limitation de charge (1) pour appareil mécanique ou similaire utilisant au moins un organe moteur d'entraînement de type électrique, caractérisé par le fait qu'il comporte
- des moyens (2-5) pour enregistrer, au moins en partie, les caractéristiques spécifiques de démarrage et de régime établi dudit organe moteur, selon une charge préfixée,
- des moyens (2-5) pour surveiller, dans le temps, le fonctionnement dudit appareil mécanique par rapport aux dites caractéristiques pré-enregistrées.
2. Dispositif de limitation de charge, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledits moyens pour enregistrer les caractéristiques spécifiques de démarrage et de régime établi comportent
- des moyens (2) de mesure de tension du réseau d'alimentation du ou des organes moteurs en fonction du temps,
- des moyens (3) de mesure d'intensité absorbée par le ou ledits organes moteurs en fonction du temps,
- des moyens (4) de calcul de la puissance P absorbée du ou des dits organes moteurs en fonction du temps,
- des moyens (5) de stockage d'au moins la dite puissance P et du temps de démarrage td du ou des dits organes moteurs.
3. Dispositif de limitation de charges selon la revendication 1, caractérisé par ie fait que les dits moyens pour surveiller le fonctionnement dudit appareil mécanique comporte
- des moyens (2) de mesure de tension du réseau d'alimentation du ou des organes moteurs en fonction du temps,
- des moyens (3) de mesure d'intensité absorbée par le ou les dits organes moteurs en fonction du temps,
- des moyens (4)
a) de calcul de la puissance P absorbée du ou des dits organes moteurs en fonction du temps,
b) de comparaison de la dite puissance ainsi mesurée à une consigne de puissance pré-enregistrée, mis en service après un temps td préétabli correspondant au temps de démarrage du ou des dits organes moteurs,
c) de traitement de la dite comparaison, aptes à délivrer le cas échéant, un signal d'anomalie, si la puissance P consommée est au moins supérieure à la dite consigne pré-enregistrée.
4. Dispositif, selon ''une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins
- un circuit (6) de mesure de tension, apte à capter la ou les tensions entre phases ou détecter leur présence,
- un circuit (7, 8) de mesure d'intensité apte à capter au moins le courant absorber par une phase,
- une unité centrale (4, 10-15) de calcul et de traitement des données, organisée autour d'un microprocesseur programme,
- un circuit mémoire (5) autorisant au moins le stockage des informations au moins lors du processus d'étalonnage,
- un circuit d'asservissements (16) apte à commander le déclenchement de l'organe moteur en cas de dépassement de charge.
5. Procédé de limitation de charge pour appareil mécanique ou similaire utilisant au moins un organe moteur d'entraînement de type électrique, mis en oeuvre dans un dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que
- on enregistre, au moins en partie, dans une phase d'étalonnage, les caractéristiques spécifiques de démarrage et de régime établi du dit organe moteur, selon une charge préfixée,
- puis lors du fonctionnement dudit appareil mécanique, on surveille, dans le temps, la marche du dit organe moteur par rapport aux dîtes caractéristiques préenregistrées.
6. Procédé, selon la revendication 5, caractérisé par le fait que pendant la phase d'étalonnage
- on charge le dit appareil mécanique à une valeur préfixée,
- on relève, en fonction du temps, pendant son démarrage ainsi que pendant sa marche en régime établi, les valeurs de tension (2) d'alimentation et de courant absorbé (3),
- on calcule la puissance P en fonction du temps,
- on surveille l'établissement du courant absorbé et on relève le temps de démarrage td du dit organe d'entraînement,
- on mémorise le temps de démarrage td et la puissance P absorbée en régime établi, dite puissance de consigne.
7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé par le fait que
- on effectue successivement et périodiquement les dites mesures aux instants t1 t2 .. tu~1, ti tel .
- si, après une décroissance de l'intensité, on note une stabilisation de celle-ci, on mémorise le temps écoulé depuis la mise en service td et/ou la puissance calculée ainsi que la tension mesurée correspondant à la dite puissance.
- on mémorise chaque mesure faite à l'instant ti et on la compare à la mesure précédente faîte à l'instant tu~1,
avec A t = tri+1 - ti = temps d'échantillonnage,
8. Procédé, selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'après la dite stabilisation, on continue de mesurer et de calculer la puissance pendant un temps préétabli, et on enregistre la valeur de la puissance la plus importante dans ce laps de temps.
9. Procédé, selon la revendication 5, caractérisé par le fait que pendant la phase de fonctionnement du dit appareil mécanique
- on mesure, en fonction du temps, pendant son démarrage ainsi que pendant sa marche en régime établi, les valeurs de tension (2) d'alimentation et d'intensité (3) absorbée,
- on calcule la puissance absorbée en fonction du temps,
- on compare la dite puissance absorbée à la puissance de consigne, préalablement enregistrée pendant la phase d'étalonnage, et le temps de marche t1 par rapport au temps de consigne,
- on délivre un signal d'anomalie si le temps de marche ti est supérieur au temps de démarrage td et si la puissance absorbée mesurée P est supérieure à la puissance de consigne pré-enregistrée.
10. Procédé, selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'on retarde la dite délivrance du signal d'anomalies en fonction d'un temps de défaut préétabli autorisé.
11. Procédé, selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'après le calcul de la puissance absorbée et avant la comparaison, on corrige la consigne de puissance pré-enregistrée en fonction de la tension mesurée à l'instant correspondant.
12. Appareil de levage électrique utilisant un dispositif et/ou un procédé de limitation de charge selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9007967A FR2663473A1 (fr) | 1990-06-19 | 1990-06-19 | Dispositif et procede de limitation de charge pour appareil mecanique ou similaire, utilisant au moins un organe moteur de type electrique. |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| FR9007967A FR2663473A1 (fr) | 1990-06-19 | 1990-06-19 | Dispositif et procede de limitation de charge pour appareil mecanique ou similaire, utilisant au moins un organe moteur de type electrique. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2663473A1 true FR2663473A1 (fr) | 1991-12-20 |
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