FR2691555A1 - System for regulating heating equipment by regulated zones for the use of composite material products. - Google Patents
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Abstract
Description
Svstème de régulation des éauiaements chauffants ixir zones reniées
pour la mise en oeuvre de produits en matériaux composites
La présente invention concerne un système de régulation d'équipements chauffants électriques à hautes températures montés sur une presse destinée à la fabrication de produits en matière plastique ou matériaux composites, lesdits équipements chauffants étant répartis en plusieurs zones de chauffe équipés chacun d'un élément de chauffe et d'un capteur de température ayant deux bornes soumises à une tension électrique, les éléments de chauffe étant alimentés électriquement de façon indépendante par l'intermédiaire de moyens électroniques d'alimention en puissance, ledit système de régulation comportant un calculateur destiné à réguler les moyens électroniques d'alimentation en puissance en fonction de consignes prédéterminées par zone de chauffe et en fonction des indications fournies par lesdits capteurs de température.Regulation system for heated water ixir disowned areas
for the use of composite material products
The present invention relates to a system for regulating electrical heating equipment at high temperatures mounted on a press intended for the manufacture of plastic or composite material products, said heating equipment being distributed in several heating zones each equipped with a heating element. heating and a temperature sensor having two terminals subjected to an electric voltage, the heating elements being electrically supplied independently by means of electronic power supply means, said regulation system comprising a computer intended to regulate the electronic power supply means according to predetermined set points per heating zone and according to the indications provided by said temperature sensors.
La demande internationale publiée sous le n WO 90/1173 concerne des éléments chauffants multizones, dans lesquels chaque zone de chauffe est équipée d'un thermocouple relié à un calculateur destiné au pilotage des moyens électroniques d'alimentation en puissance en fonction des points de consigne de chaque zone de chauffe. Les thermocouples et les éIéments -de chauffe peuvent naturellement être incorporés dans les outillages ou moules de production de pièces ou dans les éléments chauffants proprement dits. The international application published under number WO 90/1173 relates to multi-zone heating elements, in which each heating zone is equipped with a thermocouple connected to a computer intended for controlling the electronic power supply means as a function of the set points. of each heating zone. Thermocouples and heating elements can naturally be incorporated in the tools or molds for the production of parts or in the heating elements themselves.
La production des pièces en matériaux composites exige un suivi rigoureux des courbes de montée en température et des paliers de température. The production of composite material parts requires rigorous monitoring of the temperature rise curves and temperature steps.
Cette qualité ne peut être obtenue que si les indications de température fournies au calculateur par les thermocouples sont de bonnes qualités. Or, ces indications peuvent être perturbées par-des parasites extérieurs résultant notamment des courants à haute intensité qui alimentent les éléments de chauffe. Ces parasites sont d'autant plus importants qu'en général on relie l'une des bornes des thermocouples à la masse, et que l'indication de température est relevée sur la deuxième borne du thermocouple.This quality can only be obtained if the temperature indications supplied to the computer by the thermocouples are of good quality. However, these indications can be disturbed by external parasites resulting in particular from high intensity currents which supply the heating elements. These parasites are all the more important since in general one of the terminals of the thermocouples is connected to ground, and the temperature indication is noted on the second terminal of the thermocouple.
De plus, le calculateur est situé à une distance suffisante des éléments de chauffe et les câbles de liaison reliant les thermocouples au calculateur ont une grande longueur, ce qui se traduit par des parasites supplémentaires et des fuites de courant inévitables. In addition, the computer is located at a sufficient distance from the heating elements and the connecting cables connecting the thermocouples to the computer have a long length, which results in additional noise and inevitable current leaks.
Enfin, en cas de panne d'un thermocouple, les systèmes de régulation actuels entrainent naturellement une surchauffe de la zone de chauffe associée. On y remédie en provoquant un arrêt total de l'alimentation électrique des éléments de chauffe, ce qui entraine une perte de production. Finally, in the event of a thermocouple failure, current control systems naturally cause the associated heating zone to overheat. This is remedied by causing a total shutdown of the electrical supply to the heating elements, which results in a loss of production.
Le but de la présente invention est de proposer une amélioration notable dans le système de régulation mentionné ci-dessus, et de faire en sorte que les indications de température reçues par le calculateur soient de meilleure qualité,et que la cuisson puisse se poursuivre dans de bonnes conditions en cas de panne éventuelle d'un capteur de mesure de température. The purpose of the present invention is to propose a significant improvement in the regulation system mentioned above, and to ensure that the temperature indications received by the computer are of better quality, and that cooking can continue in good conditions in the event of a failure of a temperature measurement sensor.
Le but est atteint selon l'invention par le fait que le système de régulation proposé est caractérisé en ce qu'il comporte, en outre,
des moyens pour transformer les tensions relevées aux deux bomes de l'un quelconque desdits capteurs de température choisi par ledit calculateur selon une séquence établie, en une valeur numérique représentative de la température de la zone de chauffe associée audit capteur de température, ladite valeur numérique étant transmise audit calculateur en vue de la régulation des moyens électroniques d'alimentation,
des moyens de détection de l'état de bon ou mauvais fonctionnement dudit capteur de température choisi, et
des moyens pour déterminer une valeur numérique de remplacement en cas de détection d'un état de mauvais fonctionnement par lesdits moyens de détection.The object is achieved according to the invention by the fact that the proposed regulatory system is characterized in that it further comprises
means for transforming the voltages recorded at the two terminals of any one of said temperature sensors chosen by said computer according to an established sequence, into a digital value representative of the temperature of the heating zone associated with said temperature sensor, said digital value being transmitted to said computer for the purpose of regulating the electronic supply means,
means for detecting the state of good or bad operation of said chosen temperature sensor, and
means for determining a replacement digital value in the event of detection of a state of malfunction by said detection means.
Les moyens de transformation des tensions en valeur numérique sont de préférence situés près de la presse. Ceci permet de diminuer la longueur des fils de transmission des tensions et par le fait même l'influence des parasites. En revanche, les câbles de transmission de la valeur numérique représentative de la température peuvent être de grande longueur, car il est connu que les signaux numériques digitaux sont moins sensibles aux parasites. Enfin, chaque capteur de température transmettant les tensions de ses deux bornes auxdits moyens de transformation, les variations de tension dues aux parasites extérieurs peuvent être compensées. The means for transforming the voltages into a numerical value are preferably located near the press. This makes it possible to reduce the length of the voltage transmission wires and thereby the influence of parasites. On the other hand, the cables for transmitting the digital value representative of the temperature can be very long, since it is known that digital digital signals are less sensitive to interference. Finally, each temperature sensor transmitting the voltages from its two terminals to said transformation means, the voltage variations due to external parasites can be compensated.
Les moyens pour transformer les tensions relevées en une valeur numérique comportent:
un multiplexeur relié audit calculateur par un câblage servant à l'adressage d'un capteur de température et relié à chacun desdits capteurs de mesure par deux fils électriques, ledit multiplexeur fournissant en sortie les deux tensions relevées aux deux bornes du capteur de température choisi par ledit calculateur,
un amplificateur opérationnel relié audit multiplexeur pour recevoir lesdites deux tensions et fournissant en sortie une tension différentielle,
un moyen pour linéariser ladite tension différentielle, et
un convertisseur analogique numérique relié audit calculateur et destiné à transformer la tension différentielle fournie par ledit moyen de linéarisation en une valeur numérique représentative de la température mesurée.The means for transforming the detected voltages into a numerical value include:
a multiplexer connected to said computer by a wiring serving for the addressing of a temperature sensor and connected to each of said measurement sensors by two electric wires, said multiplexer supplying as output the two voltages measured at the two terminals of the temperature sensor chosen by said computer,
an operational amplifier connected to said multiplexer to receive said two voltages and providing a differential voltage at output,
means for linearizing said differential voltage, and
an analog to digital converter connected to said computer and intended to transform the differential voltage supplied by said linearization means into a digital value representative of the measured temperature.
Les moyens de détection de l'état de bon ou mauvais fonctionnement du capteur de température choisi sont interposés entre ledit amplificateur opérationnel et ledit calculateur et fournissent audit calculateur un signal de panne lorsque la tension différentielle est nulle. The means for detecting the state of good or bad functioning of the chosen temperature sensor are interposed between said operational amplifier and said computer and supply to said computer a fault signal when the differential voltage is zero.
les moyens de transformation et les moyens de détection sont de préférence montés sur une seule plaque électronique. the transformation means and the detection means are preferably mounted on a single electronic plate.
Selon un premier mode de réalisation, les moyens pour déterminer la valeur numérique de remplacement en cas de détection d'un mauvais état de fonctionnement du capteur de température choisi sont prévus dans ledit calculateur. According to a first embodiment, the means for determining the replacement digital value in the event of detection of a poor operating condition of the chosen temperature sensor are provided in said computer.
Selon un mode de réalisation préféré, les moyens pour déterminer la valeur numérique de remplacement en cas de détection d'un état de mauvais fonctionnement du capteur de température choisi comportent un microcontrôleur relié auxdits moyens de détection audit convertisseur et audit calculateur. According to a preferred embodiment, the means for determining the replacement digital value in the event of detection of a malfunction state of the chosen temperature sensor comprise a microcontroller connected to said detection means to said converter and to said computer.
Ledit microcontrôleur est de plus relié audit calculateur par ledit câblage servant à l'adressage d'un capteur de température et comporte une mémoire de stockage de l'état de fonctionnement de chaque capteur de température. Said microcontroller is further connected to said computer by said wiring used for addressing a temperature sensor and comprises a memory for storing the operating state of each temperature sensor.
De préférence, le système comporte de plus des moyens pour détecter une surchauffe de la zone de chauffe associée au capteur de température choisi, lesdits moyens étant interposés entre ledit moyen de linéarisation et ledit calculateur et fournissant audit calculateur un signal de surchauffe lorsque la tension différentielle est supérieure à une tension maximale prédéterminée. Preferably, the system further comprises means for detecting an overheating of the heating zone associated with the chosen temperature sensor, said means being interposed between said linearization means and said computer and supplying said computer with an overheating signal when the differential voltage is greater than a predetermined maximum voltage.
Le calculateur comporte alors des moyens pour couper l'alimentation électrique des éléments de chauffe en cas de réception du signal de surchauffe. The computer then comprises means for cutting off the electrical supply to the heating elements in the event of reception of the overheating signal.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préféré fait à titre d'exemple et en référence au dessin annexé dans lequel:
la figure 1 représente un schéma général d'une presse équipée de deux éléments chauffants multizones et du système de régulation de la présente invention,
la figure 2 montre le schéma de principe du système de régulation de la présente invention.Other advantages and characteristics of the invention will emerge on reading the following description of a preferred embodiment given by way of example and with reference to the appended drawing in which:
FIG. 1 represents a general diagram of a press equipped with two multi-zone heating elements and with the regulation system of the present invention,
Figure 2 shows the block diagram of the regulatory system of the present invention.
Sur la figure 1 on a représenté par la référence 1, un premier élément chauffant électriquement d'une presse pour la mise en oeuvre de produits en matériaux composites et par la référence 2, un deuxième élément chauffant de la même presse non représentée. Lesdits éléments chauffants 1 et 2 sont montés sur le bâti fixe ou la table de ladite presse. In Figure 1 there is shown by reference 1, a first electric heating element of a press for the implementation of products made of composite materials and by reference 2, a second heating element of the same press not shown. Said heating elements 1 and 2 are mounted on the fixed frame or the table of said press.
Ces éléments chauffants 1, 2 sont répartis en plusieurs zones de chauffe, référencés 3, chaque zone de chauffe 3 est équipée d'un élément de chauffe 4 et d'un capteur de température 5. Les éléments de chauffe 4 sont alimentés électriquement de façon indépendante par l'intermédiaire de moyens électroniques d'alimentation en puissance 6. These heating elements 1, 2 are divided into several heating zones, referenced 3, each heating zone 3 is equipped with a heating element 4 and a temperature sensor 5. The heating elements 4 are electrically supplied independent via electronic power supply means 6.
Ces moyens électroniques d'alimentation en puissance 6 sont régulés par un calculateur 7 en fonction de consignes déterminées par le calculateur 7 et par zone de chauffe 3, en fonction des indications de température fournies par les capteurs de température 5 associés à chaque zone de chauffe 3. These electronic power supply means 6 are regulated by a computer 7 as a function of instructions determined by the computer 7 and by heating zone 3, as a function of the temperature indications provided by the temperature sensors 5 associated with each heating zone. 3.
Les moyens électroniques de puissance 6 sont reliés au réseau électrique par un bornier 8 et comportant, de manière connue, soit des relais statiques, des triacs de puissance ou de thyristors pilotés en train d'ondes par des consignes extérieures délivrées par le calculateur 7. The electronic power means 6 are connected to the electrical network by a terminal block 8 and comprising, in a known manner, either static relays, power triacs or thyristors controlled in the train of waves by external instructions delivered by the computer 7.
une carte électronique 9 est interposée entre les capteurs de température 5 et le calculateur 7. Cette carte électronique 9 constitue avec le calculateur 7 le système de régulation des équipements chauffants 1 et 2. an electronic card 9 is interposed between the temperature sensors 5 and the computer 7. This electronic card 9 constitutes, with the computer 7, the system for regulating the heating equipment 1 and 2.
Cette carte électronique 9 est représentée en détail sur la figure 2. This electronic card 9 is shown in detail in FIG. 2.
Elle comporte essentiellement un multiplexeur 10 qui est relié au calculateur 7 par un câblage 10a, et à chacun des capteurs de température 5 par deux fils électriques 11, 12 reliés respectivement aux deux bornes 13, 14 du capteur de température 5 correspondant. It essentially comprises a multiplexer 10 which is connected to the computer 7 by a wiring 10a, and to each of the temperature sensors 5 by two electrical wires 11, 12 connected respectively to the two terminals 13, 14 of the corresponding temperature sensor 5.
Le capteur de température 5 est de préférence constitué d'un thermocouple qui délivre sur ses deux bornes 13, 14 des tensions dont la différence est fonction de la température à laquelle le thermocouple est soumis. The temperature sensor 5 preferably consists of a thermocouple which delivers on its two terminals 13, 14 voltages the difference of which is a function of the temperature to which the thermocouple is subjected.
Le multiplexeur 10 comporte deux bornes de sortie 15 et 16 auxquelles seront appliquées les tensions A et B fournies par le capteur de température 5 lequel est choisi en fonction d'une adresse transmise sur le câblage 10a par le calculateur 7. The multiplexer 10 has two output terminals 15 and 16 to which the voltages A and B supplied by the temperature sensor 5 will be applied, which is chosen as a function of an address transmitted on the wiring 10a by the computer 7.
Les tensions A et B fournies par le multiplexeur 10 sont appliquées aux bornes d'entrée d'un amplificateur opérationnel 17 qui émet en sortie une tension égale à la différence des tensions A et B. Cette tension différentielle A-B est ensuite ajustée par un moyen de linéarisation 18 et un dispositif de compensation 19 de soudure froide et enfin elle est transformée en une valeur numérique V, représentative de la température relevée dans la zone de chauffe 3 associée au capteur de température choisi 5, par un convertisseur analogique numérique 20. La valeur numérique V est transmise au calculateur 7 par un câblage21 reliant le convertisseur 20 au calculateur 7. The voltages A and B supplied by the multiplexer 10 are applied to the input terminals of an operational amplifier 17 which outputs a voltage equal to the difference of the voltages A and B. This differential voltage AB is then adjusted by means of linearization 18 and a cold junction compensation device 19 and finally it is transformed into a digital value V, representative of the temperature recorded in the heating zone 3 associated with the chosen temperature sensor 5, by an analog digital converter 20. The value digital V is transmitted to the computer 7 by a wiring21 connecting the converter 20 to the computer 7.
Cette valeur numérique V est utilisée par le calculateur 7 pour réguler les moyens électroniques d'alimentation en puissance 6 pour l'élément de chauffe 4 associé au capteur de température 5 précédemment choisi par le calculateur 7. This numerical value V is used by the computer 7 to regulate the electronic power supply means 6 for the heating element 4 associated with the temperature sensor 5 previously chosen by the computer 7.
La plaque électronique 9 comporte de plus des moyens 22 pour détecter une tension différentielle nulle à la sortie de l'amplificateur opérationnel 17, c'est-à-dire un état de non fonctionnement ou panne du capteur de température 5 choisi. Ces moyens 22 sont reliés, d'une part, à la sortie de l'amplificateur opérationnel 17 et, d'autre part, à l'ordinateur 7, ce qui permet à ce dernier de connaître l'état de non fonctionnement du capteur de température 5 choisi. The electronic plate 9 further comprises means 22 for detecting a zero differential voltage at the output of the operational amplifier 17, that is to say a non-operating state or failure of the temperature sensor 5 chosen. These means 22 are connected, on the one hand, to the output of the operational amplifier 17 and, on the other hand, to the computer 7, which allows the latter to know the non-functioning state of the temperature 5 chosen.
La plaque électronique 9 comporte enfin des moyens 23 pour détecter à la sortie du dispositif de compensation 19 une tension différentielle supérieure à une tension maximale prédéterminée, c'est-à-dire un état de surchauffe de la zone de chauffe 3 correspondante. Ces moyens 23 sont reliés, d'une part, à la sortie du dispositif de compensation 19 et , d'autre part, au calculateur 7 afin de lui transmettre un signal de surchauffe lorsque la tension différentielle est supérieure à la tension maximale prédéterminée. Le calculateur 7 comporte des moyens pour couper l'alimentation électrique des éléments de chauffe 4 en cas de réception du signal de surchauffe. The electronic plate 9 finally comprises means 23 for detecting at the output of the compensation device 19 a differential voltage greater than a predetermined maximum voltage, that is to say a state of overheating of the corresponding heating zone 3. These means 23 are connected, on the one hand, to the output of the compensation device 19 and, on the other hand, to the computer 7 in order to transmit to it a signal of overheating when the differential voltage is greater than the predetermined maximum voltage. The computer 7 includes means for cutting off the electrical supply to the heating elements 4 in the event of reception of the overheating signal.
En cas de détection du signal de non fonctionnement du capteur de température choisi 5, le calculateur 7, comporte, selon une première variante de réalisation, des moyens pour déterminer une valeur numérique de température probable, en remplacement de la valeur numérique fournie par le convertisseur analogique numérique 20, qui est transmise aux moyens électroniques d'alimentation en puissance 6 en vue de déterminer l'intensité du courant alimentant l'élément de chauffe 4 associé au capteur de température 5 défaillant. In the event of detection of the non-functioning signal of the chosen temperature sensor 5, the computer 7 comprises, according to a first alternative embodiment, means for determining a digital value of probable temperature, replacing the digital value supplied by the converter analog digital 20, which is transmitted to the electronic power supply means 6 in order to determine the intensity of the current supplying the heating element 4 associated with the faulty temperature sensor 5.
Selon un deuxième mode de réalisation préféré, cette valeur numérique de remplacement est déterminée par un microcontrôleur 24 monté sur la plaque électronique 9, ce qui permet de décharger le calculateur 7. According to a second preferred embodiment, this replacement digital value is determined by a microcontroller 24 mounted on the electronic plate 9, which makes it possible to discharge the computer 7.
Ce microcontrôleur 24 est relié aux moyens de détection 22, au câblage d'adressage 10a au convertisseur analogique numérique 20 et au calculateur 7. This microcontroller 24 is connected to the detection means 22, to the addressing wiring 10a to the analog digital converter 20 and to the computer 7.
n comporte une mémoire de stockage 25 de l'état de fonctionnement de chaque capteur de température 5, et des moyens 26 permettant de déterminer la valeur numérique de remplacement qui doit être fournie à la sortie du convertisseur analogique numérique 20. n comprises a memory 25 for storing the operating state of each temperature sensor 5, and means 26 for determining the replacement digital value which must be supplied at the output of the analog-to-digital converter 20.
Avantageusement, le microcontrôleur 24 est également relié aux moyens de détection 23 de l'état de surchauffe d'une zone de chauffe 3, ce qui lui permet de stocker cette information dans la mémoire de stockage 25. Advantageously, the microcontroller 24 is also connected to the means 23 for detecting the overheating state of a heating zone 3, which enables it to store this information in the storage memory 25.
Grâce à cette structure, la plaque électronique 9 peut être disposée au voisinage des éléments chauffants 1 et 2. Elle comporte des moyens pour transformer les tensions relevées aux deux bornes 11, 12 de l'un quelconque des capteurs de température 5 choisi par le calculateur 7 selon une séquence préétablie, en une valeur numérique représentative de la température de la zone de chauffe 3 associé au capteur de température choisi, ainsi que les moyens 22 pour détecter l'état de non fonctionnement du capteur de température choisi. Thanks to this structure, the electronic plate 9 can be placed in the vicinity of the heating elements 1 and 2. It includes means for transforming the voltages detected at the two terminals 11, 12 of any of the temperature sensors 5 chosen by the computer. 7 according to a preset sequence, in a numerical value representative of the temperature of the heating zone 3 associated with the chosen temperature sensor, as well as the means 22 for detecting the non-operating state of the chosen temperature sensor.
Dans le deuxième mode de réalisation, la plaque électronique 9 transmet une valeur numérique de remplacement au calculateur 7 en cas de défaillance du capteur de température choisi. Celui-ci reçoit en même temps un signal de non fonctionnement qui permet de sortir un message sur la console opérateur du calculateur 7. Les informations stockées dans la mémoire 25 peuvent être traitées ultérieurement par des programmes préétablis afin de connaître l'état des zones de chauffe 3, des éléments de chauffe 4 et des capteurs de température 5 lors de l'entretien. In the second embodiment, the electronic plate 9 transmits a replacement digital value to the computer 7 in the event of failure of the chosen temperature sensor. The latter receives at the same time a non-operating signal which makes it possible to output a message on the operator console of the computer 7. The information stored in the memory 25 can be processed subsequently by preset programs in order to know the state of the areas of heater 3, heater elements 4 and temperature sensors 5 during maintenance.
La valeur numérique V représentative de la température relevée et fournie par le convertisseur analogique 20 est transmise au microcontrôleur 24 par le câblage 21. Le microcontrôleur 24 transmet ensuite cette valeur V ou la valeur de remplacement par le câblage 21a. The digital value V representative of the temperature recorded and supplied by the analog converter 20 is transmitted to the microcontroller 24 by the wiring 21. The microcontroller 24 then transmits this value V or the replacement value by the wiring 21a.
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