FR3017918A1

FR3017918A1 - METHOD FOR MONITORING A PILOTED VALVE

Info

Publication number: FR3017918A1
Application number: FR1400470A
Authority: FR
Inventors: Wilfried Walezack; Philippe Chatelard
Original assignee: Hydrelis
Current assignee: Hydrelis
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2015-08-28
Anticipated expiration: 2034-02-24
Also published as: FR3017918B1

Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de surveillance du déplacement d'une vanne (1) à membrane soumise à deux forces opposées résultant de la pression s'exerçant dans deux chambres opposées dont le remplissage et la vidange de l'une des chambres dite chambre de pilotage sont pilotés par déplacement d'une pièce (6) dite noyau actionnée par une bobine (7) qui se déplace entre deux positions singulières où ce noyau ferme ou ouvre un passage ce procédé étant caractérisé en ce qu'on surveille la position du noyau pour en déduire la position de la vanne à membrane.The invention relates to a method for monitoring the displacement of a diaphragm valve (1) subjected to two opposing forces resulting from the pressure exerted in two opposite chambers, the filling and emptying of one of the said chambers. control chamber are controlled by displacement of a part (6) said core actuated by a coil (7) which moves between two singular positions where this core closes or opens a passage this method being characterized in that the position is monitored of the core to deduce the position of the diaphragm valve.

Description

PROCEDE DE SURVEILLANCE D'UNE VANNE PILOTEE. On connait des « disjoncteurs d'eau », appareils capables d'ouvrir ou de fermer une alimentation d'eau en fonction des consommations ( détection de fuites). L'énergie nécessaire au fonctionnement est fournie par des piles. Une des caractéristiques essentielles de ces appareils est leur consommation électrique extrêmement faible, qui permet des durées de vie d'une dizaine d'années. Pour cela, l'énergie mise en oeuvre pour manoeuvrer la vanne est minimisée, au risque que, dans certaines circonstances (frottements augmentés, traces de corrosion..) elle ne soit pas suffisante. Une solution évidente à ce défaut de manoeuvre consiste à augmenter l'énergie de manoeuvre mais cette solution est pénalisante sur le plan de la durée de vie. Une autre solution consiste à détecter, après un ordre d'ouverture ou de fermeture, la position réelle de la vanne. Si celle-ci n'est pas conforme à l'ordre donné, il est alors possible d'augmenter l'énergie de commande à un niveau 15 suffisant, en dégradant le moins possible la durée de vie. Il est également possible de transmettre une alarme si le fonctionnement se dégrade progressivement, avant que le dispositif ne tombe en panne ( diminution de la tension des piles). Il est enfin possible de calculer, précisément, la durée de vie restante, à partir de calculs de bilan énergétique prenant en compte les 20 données réelles. Cette solution suppose donc une détection fiable de la position de la vanne. Ces vannes sont des vannes à membrane qui sont soumises à deux forces opposées. Elles sont dotées d'un sous-ensemble, le « pilote », qui vient, par le mouvement d'une pièce appelée « noyau », ouvrir ou fermer une petite 25 ouverture, et ainsi modifier la pression de l'eau d'un côté de la membrane, ladite membrane venant alors se déplacer par changement de l'équilibre des forces opposés et selon le cas, se plaquer contre le passage principal de l'eau et le fermer, ou au contraire s'en éloigner. D'autres réalisations mécaniques utilisent une « balancelle » à la place du noyau, sans que cette différence constructive ait de conséquence en ce qui 5 concerne les solutions de détection de la position. Détecter la position de la membrane serait insuffisant, car elle peut, en l'absence de débit, apparaître fermée alors que l'eau pourrait passer. La mesure de la pression appelle la même remarque. On pourrait aussi se contenter de mesurer le débit, et de constater que la vanne 10 ne s'est pas fermée si le débit est non nul. Mais ceci ne permet pas de détecter les blocages en position ouverte si l'aval de l'installation ne consomme pas d'eau. Or ce mode de défaillance est particulièrement préjudiciable à un produit dont l'une des fonctions principales est de fermer l'eau en cas de circonstances exceptionnelles (le concept de disjoncteur). 15 Le pilote de la vanne comporte un noyau qui peut avoir deux positions dite haute pour la vanne ouverte ou basse pour la vanne fermée. Les deux positions sont distantes d'environ 1 mm, pour une pièce faisant 5 cm de long environ. Cette pièce est logée dans une cheminée métallique ou plastique assurant l'étanchéité, elle-même entourée d'une bobine de commande. Cette bobine peut 20 intégrer directement un aimant, ou alors celui est monté sur le dessus de la cheminée. Cet ensemble doit nécessairement être très compact, pour des raisons de consommation d'énergie et de stabilité mécanique. Il est rempli d'eau. C'est la position du noyau qui contraint la vanne à se fermer sous l'effet de la pression de l'eau qui apporte l'énergie au déplacement de la membrane. 25 L'invention se propose d'apporter une solution pour surveiller la position de la vanne à membrane.METHOD FOR MONITORING A PILOTED VALVE We know "water circuit breakers" devices capable of opening or closing a water supply based on consumption (leak detection). The energy required for operation is provided by batteries. One of the essential features of these devices is their extremely low power consumption, which allows for lifetimes of ten years. For this, the energy used to operate the valve is minimized, the risk that in certain circumstances (increased friction, corrosion traces ..) it is not sufficient. An obvious solution to this lack of maneuver is to increase the maneuvering energy but this solution is detrimental in terms of life. Another solution is to detect, after an order of opening or closing, the actual position of the valve. If this is not in accordance with the given order, it is then possible to increase the control energy to a sufficient level, degrading the life as little as possible. It is also possible to transmit an alarm if the operation deteriorates progressively, before the device fails (decrease in battery voltage). Finally, it is possible to calculate, precisely, the remaining life, from energy balance calculations taking into account the actual data. This solution therefore assumes reliable detection of the position of the valve. These valves are diaphragm valves that are subjected to two opposing forces. They are equipped with a subassembly, the "pilot", which comes, by the movement of a piece called "core", to open or close a small opening, and thus to modify the pressure of the water of a side of the membrane, said membrane then moving by changing the balance of the opposing forces and depending on the case, to press against the main passage of the water and close, or on the contrary away from it. Other mechanical embodiments use a "swing" in place of the core, without this constructive difference being of any consequence with regard to position detection solutions. Detecting the position of the membrane would be insufficient, because it can, in the absence of flow, appear closed while the water could pass. The measurement of the pressure calls the same remark. It would also be sufficient to measure the flow, and to note that the valve 10 has not closed if the flow is non-zero. But this does not detect blockages in the open position if the downstream of the installation does not consume water. However, this mode of failure is particularly detrimental to a product whose main function is to close the water in exceptional circumstances (the concept of circuit breaker). The valve pilot has a core that can have two so-called high positions for the open or low valve for the closed valve. The two positions are about 1 mm apart, for a piece about 5 cm long. This piece is housed in a metal or plastic chimney sealing, itself surrounded by a control coil. This coil can directly integrate a magnet, or it can be mounted on top of the chimney. This set must necessarily be very compact, for reasons of energy consumption and mechanical stability. It is filled with water. It is the position of the core that forces the valve to close under the effect of the pressure of water that brings energy to the displacement of the membrane. The invention proposes to provide a solution for monitoring the position of the diaphragm valve.

A cet effet, l'invention se rapporte à un procédé de surveillance du déplacement d'une vanne à membrane soumise à deux forces opposées résultant de la pression s'exerçant dans deux chambres opposées dont le remplissage et la vidange de l'une des chambres dite chambre de pilotage sont pilotés par déplacement d'une pièce dite noyau actionnée par une bobine, le dit noyau se déplaçant entre deux positions singulières où ce noyau ferme ou ouvre un passage ce procédé étant caractérisé en ce qu'on surveille la position du noyau pour en déduire la position de la vanne à membrane. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci après faites à titre 10 d'exemple non limitatif en regard du dessin qui représente : FIG 1 vue partielle d'une vanne à membrane pilotée en position fermée FIG 2 vue de la vanne de la figure 1 en position ouverte. FIG 3 : représentation du pilote de la vanne dans un circuit électrique de mesure FIG4 : une variante d'un circuit électrique de mesure de la position du pilote de 15 la vanne. En se reportant au dessin on voit une vanne 1 à membrane contrôlant la circulation d'un fluide entre une conduite amont et une conduite avale. Cette vanne à membrane comprend donc un obturateur 4 soutenu par une membrane 5 qui est soumises à deux forces opposées résultant de la pression 20 s'exerçant dans deux chambres opposées dont le remplissage et la vidange de l'une des chambres dite chambre de pilotage sont pilotés par déplacement d'une pièce 6 dite noyau actionnée par une bobine 7 , le dit noyau se déplaçant entre deux positions singulières où ce noyau ferme et ouvre un passage . Avantageusement au lieu de surveiller la position de l'obturateur porté par sa 25 membrane, on surveille la position du noyau 6 pour en déduire la position de la vanne à membrane.For this purpose, the invention relates to a method for monitoring the displacement of a diaphragm valve subjected to two opposing forces resulting from the pressure exerted in two opposite chambers, the filling and emptying of one of the chambers. said control chamber are controlled by displacement of a part called said core actuated by a coil, said core moving between two singular positions where said core closes or opens a passage, this method being characterized in that it monitors the position of the core to deduce the position of the diaphragm valve. The invention will be better understood with the aid of the description hereafter given by way of nonlimiting example with reference to the drawing which represents: FIG 1 partial view of a controlled diaphragm valve in the closed position FIG. valve of Figure 1 in the open position. FIG. 3: representation of the pilot of the valve in an electric measuring circuit FIG. 4: a variant of an electrical circuit for measuring the position of the pilot of the valve. Referring to the drawing, there is shown a diaphragm valve 1 controlling the circulation of a fluid between an upstream pipe and a downstream pipe. This diaphragm valve therefore comprises a shutter 4 supported by a membrane 5 which is subjected to two opposing forces resulting from the pressure 20 exerted in two opposite chambers, the filling and emptying of one of the chambers known as the flight chamber. driven by displacement of a part 6 said core actuated by a coil 7, said core moving between two singular positions where this core closes and opens a passage. Advantageously, instead of monitoring the position of the shutter carried by its membrane, the position of the core 6 is monitored to deduce the position of the diaphragm valve.

En effet on sait que si le noyau est en position fermant le passage par lequel s'évacue l'eau d'un des chambres, l'eau va s'accumuler dans la dite chambre et monter en pression ce qui va contraindre l'obturateur à fermer le passage. Par conséquent si le noyau est en position basse ( fermant le passage) l'obturateur est fermé. Le noyau 6 est logé dans une cheminée 8 une bobine 7 entoure cette cheminée et agit sur un aimant en vue de déplacer le noyau. Pour surveiller la position du noyau, on mesure une des caractéristiques électriques de l'ensemble formé par le noyau 6 et son environnement 10 électromagnétique. Si le noyau est en position haute ( ouverture du passage) , l'inductance globale de la bobine est maximale. Quand le noyau est en position basse ( fermeture du passage), cette quantité physique est diminuée. Selon un mode de réalisation, on applique une impulsion de tension sur la 15 bobine et on mesure la tension et le courant. L'impulsion crée un courant oscillant. La mesure du rapport entre le courant obtenu et la tension permet de déduire l'impédance. Dans une deuxième mode de réalisation, on applique toujours une impulsion (un pic de tension ou un créneau), on laisse osciller le circuit et on mesure la 20 fréquence des oscillations. Dans une troisième variante, on constitue un circuit RLC série dont L est la bobine de commande et on injecte un signal sinusoïdal de fréquence égal à la fréquence théorique du circuit et on mesure le déphasage entre le courant et la tension. 25 Un circuit RLC en série est dit en résonance lorsque les effets des réactances s'annulent, c'est-à-dire lorsque : XL = Xc fo La fréquence de résonnance est définie par la relation 2i L'impédance du circuit est alors à son minimum et est simplement égale à la résistance du circuit (Z = R). Dans : + L - Xc)2 Si : XL = Xc alors : Z = R Étant donné que le courant est partout le même dans un circuit en série et comme les réactances sont égales (XL = Xc), les tensions aux bornes des composants L et C sont égales et s'annulent. Par conséquent, la tension appliquée au circuit est égale à la tension aux bornes 10 de la résistance Lorsque XL = Xc, le courant du circuit est en phase avec la tension appliquée au circuit. La tension aux bornes de la capacité se retrouve alors en quadrature arrière par rapport à la tension appliquée au circuit. 15 En choisissant rigoureusement la capacité C (précise et stable), la moindre variation de la valeur de L permettra d'annuler la relation précédente XL = Xc et par conséquent une variation de toutes les caractéristiques temporelles. La précision des mesures étant très importante, la mesure temporelle présente l'avantage d'être beaucoup plus stable et insensible aux variations extérieures 20 (température, tolérance des composants). De plus, avec les microprocesseurs actuels il est relativement simple d'avoir une résolution de quelques nano seconde sur un signal temporel. La bobine de détection de position sera, avantageusement, la bobine de 25 commande du noyau. La tension de mesure sera également avantageusement 1 assurée par des composants implantés sur la carte électronique de commande du noyau. On notera que ces modes de réalisation ont en commun l'absence de tout composant supplémentaire par rapport à un appareil non doté de la fonction de 5 détection de position, à l'exception éventuellement des composants électroniques qui pourraient devoir être ajoutés pour mesure l'intensité ou la fréquence du courant. D'où un très faible surcoût de réalisation, l'absence de conséquence sur le bon fonctionnement du pilote et une préservation de la fiabilité du produit. On notera également que ces modes de réalisation mesurent bien la position 10 physique du noyau. On notera enfin que ces modes de réalisation sont particulièrement économes en énergie. Ces modes de réalisation sont utilisés de plusieurs manières. En premier lieu, ils permettent de vérifier le bon fonctionnement de la vanne, tout en optimisant les consommations d'énergie. Pour ce faire, la tension 15 d'ouverture est modifiée en fonction des résultats de la mesure de position. Par exemple, elle est augmentée tant que la vanne ne s'est pas ouverte. On peut aussi, si la vanne s'est bien ouverte lors de la manoeuvre précédente d'ouverture, diminuer la tension d'alimentation lors de l'ouverture suivante, et ce tant que la vanne s'ouvre effectivement. Ce processus s'applique également à la tension de 20 fermeture. En deuxième lieu, ils permettent de faire parvenir une alerte préventive, si la tension nécessaire à l'ouverture ou à la fermeture atteint une certaine valeur. Alternativement, et en cas d'appareil non communicant, on peut décider que, dès que cette tension est suffisamment élevée, la vanne restera fermée, fournissant 25 ainsi une forme d'alerte aux usagers. Face à cette coupure d'eau, il leur sera facile de faire un diagnostic in situ de la vanne, celle-ci ayant gardé en mémoire la raison de son comportement.Indeed it is known that if the core is in the closed position the passage through which the water is evacuated from one of the chambers, the water will accumulate in the said chamber and rise in pressure which will constrain the shutter to close the passage. Therefore if the core is in the down position (closing the passage) the shutter is closed. The core 6 is housed in a chimney 8 a coil 7 surrounds this chimney and acts on a magnet to move the core. To monitor the position of the core, one of the electrical characteristics of the assembly formed by the core 6 and its electromagnetic environment is measured. If the core is in the up position (opening of the passage), the overall inductance of the coil is maximum. When the nucleus is in low position (closing of the passage), this physical quantity is diminished. According to one embodiment, a voltage pulse is applied to the coil and voltage and current are measured. The pulse creates an oscillating current. The measurement of the ratio between the current obtained and the voltage makes it possible to deduce the impedance. In a second embodiment, a pulse (a voltage peak or a slot) is always applied, the circuit is allowed to oscillate and the frequency of the oscillations is measured. In a third variant, a series RLC circuit is formed whose L is the control coil and a sinusoidal signal of frequency equal to the theoretical frequency of the circuit is injected and the phase difference between the current and the voltage is measured. A series RLC circuit is said to resonate when the effects of the reactances cancel each other out, that is to say when: XL = Xc fo The resonance frequency is defined by the relation 2i The impedance of the circuit is then its minimum and is simply equal to the resistance of the circuit (Z = R). In: + L - Xc) 2 If: XL = Xc then: Z = R Since the current is everywhere the same in a series circuit and as the reactances are equal (XL = Xc), the voltages at the terminals of the components L and C are equal and cancel each other out. Therefore, the voltage applied to the circuit is equal to the voltage across the terminals of the resistor. When XL = Xc, the circuit current is in phase with the voltage applied to the circuit. The voltage at the terminals of the capacitor is then found in rear quadrature with respect to the voltage applied to the circuit. By rigorously choosing the capacitance C (precise and stable), the slightest variation of the value of L will make it possible to cancel the previous relation XL = Xc and consequently a variation of all the temporal characteristics. Since the accuracy of the measurements is very important, the time measurement has the advantage of being much more stable and insensitive to external variations (temperature, tolerance of the components). In addition, with the current microprocessors it is relatively simple to have a resolution of a few nanoseconds on a time signal. The position detection coil will advantageously be the core control coil. The measurement voltage will also advantageously be provided by components implanted on the control board of the core. It should be noted that these embodiments have in common the absence of any additional component with respect to an apparatus not having the position detection function, with the possible exception of electronic components which may need to be added for measurement. intensity or frequency of the current. Hence a very low additional cost of implementation, the lack of consequences on the proper operation of the driver and a preservation of the reliability of the product. It will also be appreciated that these embodiments measure the physical position of the core. Note finally that these embodiments are particularly energy efficient. These embodiments are used in several ways. Firstly, they make it possible to check the proper functioning of the valve, while optimizing energy consumption. To do this, the opening voltage is changed according to the results of the position measurement. For example, it is increased until the valve has opened. It is also possible, if the valve has been well opened during the previous opening operation, to reduce the supply voltage during the next opening, as long as the valve actually opens. This process also applies to the closing tension. Secondly, they can send a preventive alert, if the voltage required for opening or closing reaches a certain value. Alternatively, and in the case of non-communicating apparatus, it can be decided that, as soon as this voltage is sufficiently high, the valve will remain closed, thus providing a form of warning to users. Faced with this water cut, it will be easy for them to make an in situ diagnosis of the valve, which has kept in mind the reason for its behavior.

La carte électronique comprendra des moyens G pour injecter dans le circuit RL ou le circuit RLC soit une impulsion soit un signal sinusoïdal ayant une fréquence spécifique ainsi que des moyens de mesures, courant, tension, déphasage.5The electronic card will comprise means G for injecting into the circuit RL or the RLC circuit is a pulse or a sinusoidal signal having a specific frequency as well as measuring means, current, voltage, phase shift.

Claims

REVENDICATIONS1. Method for monitoring the displacement of a diaphragm valve (1) subjected to two opposing forces resulting from the pressure exerted in two opposite chambers, the filling and emptying of one of the so-called pilot chamber chambers being controlled by displacement a part (6) said core actuated by a coil (7) which moves between two singular positions where this core closes or opens a passage, this method being characterized in that the position of the core is monitored to deduce the position of the diaphragm valve.

2. A method of monitoring the displacement of a diaphragm valve according to claim 1 characterized in that one of the electrical characteristics of the assembly formed by the core (6) and its electromagnetic environment.

3. Method for monitoring the displacement of a diaphragm valve according to claim 2, characterized in that a voltage pulse is applied to the coil (7) and the voltage and current and the ratio obtained between the current and the voltage are measured. the voltage is deduced impedance.

4. A method of monitoring the displacement of a diaphragm valve according to claim 2 characterized in that a pulse is applied, the circuit is allowed to oscillate and the frequency of the oscillations is measured.

5. Method for monitoring the displacement of a diaphragm valve according to claim 2, characterized in that a series RLC circuit is formed whose L is the control coil and C is a capacitor and a sinusoidal signal of frequency equal to the frequency is injected. theoretical frequency of the circuit and the phase difference between the current and the voltage is measured.

6. Means for implementing the method for monitoring the displacement of a diaphragm valve controlled by the movement of a part (6), said core being actuated by a coil (7) which moves between two positions singular where the core closes or opens a passage these means being characterized in that they comprise means for measuring one of the electrical characteristics of the assembly formed by the core (6) and its electromagnetic environment, this assembly forming a circuit RL.

7. Means according to claim 6 characterized in that they comprise means G for injecting into the circuit RL or the RLC circuit is a pulse or a sinusoidal signal having a specific frequency and means for measuring the voltage and current that circulates in the coil in response to a pulse.

8. Means according to claim 6 characterized in that they comprise means G for injecting into the circuit RL or the RLC circuit is a pulse or a sinusoidal signal having a specific frequency and means for measuring the oscillation frequency in the coil.

9. Means according to claim 6 characterized in that they comprise a capacitor C for creating an RLC circuit with the coil and means for measuring the current / voltage phase shift.