WO2001065677A2 - Dispositif de commande et de controle a distance d'au moins un organe electrique - Google Patents

Dispositif de commande et de controle a distance d'au moins un organe electrique Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to the technical sector of production, conversion, distribution of electrical energy, in particular to the control or regulation of motors, electric generators or converters, as well as to the technique of electrical communication.
  • the object of the invention is to remedy these drawbacks in a simple, safe, effective and rational manner.
  • the problem which the invention proposes to solve is to be able to remotely control at least one, but generally several electrical components, such as electric motors, from a central unit by eliminating all the conventional control devices, such as contactors. , relays, timers, clocks, variable speed drives, etc.
  • a device has been designed and developed.
  • remote control and monitoring of at least one electrical member of the motor type in particular, from a local two-wire and / or optical information bus network remarkable in that: it comprises at least one / central unit connected to the network;
  • the central unit sends operating instructions to a dialogue unit capable of processing them and transmitting them to a management and power unit;
  • the management and power unit is determined to order different actions for power modules, said unit being able to collect information on the physical states of said power modules, in order to transmit them to the dialogue unit which is connected to the central unit via the bus;
  • the power modules are connected to an electrical supply and to the electrical component.
  • the device limits the wiring and the supply of electricity by motor, and requires only a control link by a local information bus network. All functions can be added or removed at will, without modifying the wiring, taking into account a specific program of the central unit. This results in a significant reduction in costs compared to a conventional electrical installation.
  • the power modules include:
  • the power modules also include, in particular in the context of a rotating electrical member, in the form of a motor:
  • the protection module has an electrical switching power.
  • the dialogue unit, the management unit and the various power modules are integrated in a housing.
  • the box is inserted at the level of the electrical member.
  • FIG. 1 is a purely schematic view showing an example of command and control of several motors by means of the device according to the invention
  • FIG. 3 shows, on the one hand, the design of a housing inserted at the level of the electrical member in the form of a motor for its command and control by means of the device according to the invention, and , on the other hand, its coupling with other engines;
  • FIG. 4 is a purely schematic view showing a front view of an engine powered by the device according to the invention.
  • FIG. 5 is a view corresponding to Figure 4, the engine being shown by a rear view;
  • the device according to the invention makes it possible to remotely command and control one, but generally several electrical members, such as electric motors of the asynchronous or synchronous type, and allow these the latter to perform several physical functions by means of a remote control via a local two-wire information bus network.
  • the device receives information from a central unit (CPU) in the form of an operating instruction.
  • a central unit CPU
  • these operating instructions can be, start and stop order, speed and direction of rotation, torque, acceleration and deceleration ramp, braking, etc.
  • a dialogue unit (I I) and transmitted to the power management unit (10) which can order different actions for power modules (3, 4, 5 and 6).
  • the power modules are connected to an electrical supply (a1), and connected at the level of the electrical component, for example to the armature (7) of a motor (2) .
  • the power management unit (10) collects various information on the physical states of the power modules and transmits this information to the dialogue unit (1 1), by sending it back to the central unit (CPU) via the network. local bus (a2) thus ensuring maintenance (figure 2).
  • the type of power modules used may depend on the information that one wishes to collect.
  • the device can implement an electronic protection module (3) of the motor supply (2), in order to secure the device.
  • the power modules can consist of: - a current rectifier (4), in order to obtain direct current; - an assembly (5) capable of reducing the harmonic currents, and composed of a choke and a capacitor; an inverter (6) composed of power transistors.
  • the motor (2) can also be subjected to a temperature probe (8) and to a quartz vibration detector (9).
  • the engine via the power management unit (10), can also be subjected to forced ventilation (12).
  • the dialogue unit (11), the power management unit (10), the various power modules (3, 4, 5, 6, 9, 12) are integrated in a housing (B).
  • the box (B) is provided with two inputs (01 and 02) to allow connection to the power supply (al) and to the control (a2) by the local two-wire information bus network.
  • the housing (B) can be integrated into the motor
  • the protection module (3) may have an electrical switching capacity.
  • the device finds a particularly advantageous application for the remote control and monitoring of several electric motors (2) to allow the motor to perform several physical functions via a local bus network.
  • the figures in the drawings show the parallel mounting of several motors (2) with their housing (B) between the general supply (al) and the local bus network (2a2). Given the characteristics of the device and its application to the control and command of several motors, devices can therefore perform, using network information (a2) the following functions given by way of indicative example, in no way limiting : - motor start-stop function; variation of a rotation speed according to the setpoint by frequency variation;
  • the device can perform, independently, the following functions: thermal self-regulation with transmission of information to the network; - detection of the vibration rate with information sent back to the network;
  • the device includes, in a compact manner, inside a housing, the various modules and their function, thus limiting the wiring and the supply of electricity. and to a control link via a two-wire information bus network.

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Abstract

Ce dispositif comprend au moins une unité centrale (UC) reliée au réseau. L'unité centrale envoie des consignes de fonctionnement dans une unité de dialogue (11) apte à les traiter et à les transmettre à une unité de gestion et de puissance (10). L'unité de gestion et de puissance (10) est déterminée pour ordonner différentes actions à des modules de puissance (3, 4, 5, 6), ladite unité (10) étant apte à recueillir les informations sur les états physiques desdits modules de puissance, afin de les transmettre à l'unité de dialogue qui est reliée à l'unité centrale (UC) par l'intermédiaire du réseau local bus bifilaire et/ou optique (a2). Les modules de puissance sont reliés à une alimentation électrique (a1) et à l'organe électrique.

Description

DISPOSITIF DE COMMANDE ET DE CONTROLE A DISTANCE D'AU MOINS UN ORGANE ELECTRIQUE
L'invention se rattache au secteur technique de la production, de la conversion, de la distribution de l'énergie électrique, notamment à la commande ou à la régulation des moteurs, générateurs électriques ou des convertisseurs, ainsi qu'à la technique de la communication électrique.
De nombreuses installations nécessitent de commander plusieurs organes électriques, généralement tournants, tels que des moteurs asynchrone ou synchrone.
La commande de ces moteurs implique de nombreuses liaisons électriques qui se compliquent au fur et à mesure des applications envisagées. Il est ainsi nécessaire d'équiper une armoire électrique de différents éléments tels que des contacteurs de puissance, des relais thermiques, des relais de commande, des organes de temporisation, des variateurs de vitesse, des automates programmables, des convertisseurs d'information, des cartes-réseaux, ... Il en résulte un câblage important, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur de l'armoire électrique. Par exemple, dans le cas d'un système de convoyage utilisant une dizaine de moteurs électriques, il est actuellement nécessaire de mettre en œuvre un ordinateur ou un automate programmable, une armoire de commande avec, pour chaque moteur, et suivant l'utilisation recherchée, un disjoncteur, un contacteur, un relais thermique, un variateur de vitesses, des relais de commande, des éléments de temporisation, un système d'horloge.
Comme déjà indiqué, il en résulte un nombre de câbles particulièrement important à raccorder augmentant, d'une manière non négligeable, le coût de l'ensemble de l'installation. De même, pour chaque fonction supplémentaire, des modifications sont nécessaires, ce qui augmente encore les coûts.
L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients, de manière simple, sûre, efficace et rationnelle.
Le problème que se propose de résoudre l'invention est de pouvoir commander à distance, au moins un, mais généralement plusieurs organes électriques, tels que des moteurs- électriques, depuis une unité centrale en supprimant tous les appareils de commande classiques, tels que contacteurs, relais, temporisations, horloges, variateurs de vitesses, ....
Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un dispositif de . commande et de contrôle à distance d'au moins un organe électrique du type moteur notamment, à partir d'un réseau local bus d'information bifilaire et/ou optique, remarquable en ce que : il comprend au moins une/unité centrale reliée au réseau ;
- l'unité centrale envoie des consignes de fonctionnement dans une unité de dialogue apte à les traiter et à les transmettre à une unité de gestion et de puissance ; l'unité de gestion et de puissance est déterminée pour ordonner différentes actions à des modules de puissance, ladite unité étant apte à recueillir des informations sur les états physiques desdits modules de puissance, afin de les transmettre à l'unité de dialogue qui est reliée à l'unité centrale par l'intermédiaire du bus ;
- les modules de puissance sont reliés à une alimentation électrique et à l'organe électrique. Compte tenu de ces dispositions, il en résulte que le dispositif limite le câblage et la fourniture d'électricité par moteur, et ne nécessite qu'une liaison de commande par un réseau local bus d'informations. Toutes les fonctions peuvent être rajoutées ou enlevées à volonté, sans pour autant modifier le câblage, compte tenu d'un programme spécifique de l'unité centrale. Il en résulte une diminution importante des coûts par rapport à une installation électrique classique.
Selon une autre caractéristique, les modules de puissance comprennent :
- un module de protection électronique ;
- un redresseur de courant ;
- un ensemble apte à. diminuer les courants harmoniques ; - un onduleur.
Les modules de puissance comprennent également, notamment dans le cadre d'un organe électrique tournant, sous forme d'un moteur :
- une sonde de température ;
- un détecteur de vibration ; - un système de ventilation.
Avantageusement, le module de protection possède un pouvoir de coupure électrique.
D'une manière importante, l'unité de dialogue, l'unité de gestion et les différents modules de puissance sont intégrés dans un boîtier. Selon une autre caractéristique, le boîtier est inséré au niveau de l'organe électrique.
A noter que dans le cas de plusieurs organes électriques, ces derniers, avec le boîtier, sont montés en parallèle entre l'alimentation générale et le réseau local bus.
L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures des dessins annexés dans lesquels-: - la figure 1 est une vue à caractère purement schématique montrant un exemple de commande et de contrôle de plusieurs moteurs au moyen du dispositif selon l'invention ;
- la figure 2 est un schéma de type grafcet montrant le principe du dispositif selon l'invention ; - la figure 3 montre, d'une part, la conception d'un boîtier inséré au niveau de l'organe électrique sous forme d'un moteur en vue de sa commande et de son contrôle au moyen du dispositif selon l'invention, et, d'autre part, son accouplement avec d'autres moteurs ;
- la figure 4 est une vue à caractère purement schématique montrant une vue de face d'un moteur alimenté au moyen du dispositif selon l'invention ;
- la figure 5 est une vue correspondant à la figure 4, le moteur étant représenté par une vue arrière ;
Le dispositif selon l'invention permet de commander et de contrôler à distance un, mais généralement plusieurs organes électriques, tels que des moteurs électriques du type asynchrone ou synchrone, et permettre à ces derniers d'exécuter plusieurs fonctions physiques par le biais d'une télécommande à distance via un réseau local bus d'information bifilaire.
A partir d'un réseau local bus (al), le dispositif reçoit des informations d'une unité centrale (UC) sous forme de consigne de fonctionnement. Par exemple, dans le cas d'un moteur, ces consignes de fonctionnement peuvent être, ordre de marche et d'arrêt, vitesse et sens de rotation, couple, rampe d'accélération et de décélération, freinage, ....
Ces consignes sont traitées par une unité de dialogue (I I) et transmises à l'unité de gestion de puissance (10) pouvant ordonner différentes actions à des modules de puissance (3, 4, 5 et 6). Comme il sera indiqué dans la suite de description, les modules de puissance sont reliés à une alimentation électrique (al), et connectés au niveau de l'organe électrique, par exemple à l'induit (7) d'un moteur (2). L'unité de gestion de puissance (10) recueille différentes informations sur les états physiques des modules de puissance et transmet ces informations à l'unité de dialogue (1 1), en les renvoyant à l'unité centrale (UC) via le réseau local bus (a2) assurant ainsi la maintenance (figure 2).
Le type de modules de puissance utilisé peut dépendre des informations que l'on souhaite recueillir. Par exemple, comme le montre la figure 3, le dispositif peut mettre en œuvre un module de protection électronique (3) de l'alimentation du moteur (2), afin de sécuriser le dispositif. Par exemple, les modules de puissance peuvent être constitués par : - un redresseur de courant (4), afin d'obtenir du courant continu ; - un ensemble (5) apte à diminuer les courants harmoniques, et composé d'une self et d'un condensateur ; un onduleur (6) composé de transistors de puissance.
Le moteur (2) peut également être assujetti à une sonde de température (8) et à un détecteur de vibrations à quartz (9). Le moteur, par l'intermédiaire de l'unité de gestion de puissance (10), peut également être assujetti à une ventilation forcée (12).
Selon une caractéristique importante de l'invention, l'unité de dialogue (11), l'unité de gestion de puissance (10), les différents modules de puissance (3, 4, 5, 6, 9, 12) sont intégrés dans un boîtier (B). Le boîtier (B) est pourvu de deux entrées (01 et 02) pour permettre le raccordement à l'alimentation (al) et à la commande (a2) par le réseau local bus d'information bifilaire. Le boîtier (B) peut être intégré dans le moteur
(figure 2 des dessins) ou être déporté par rapport à ce dernier.
A noter que le module de protection (3) peut posséder un pouvoir de coupure électrique. Comme indiqué, le dispositif trouve une application particulièrement avantageuse pour la commande et le contrôle à distance de plusieurs moteurs électriques (2) pour permettre au moteur d'exécuter plusieurs fonctions physiques via un réseau local bus. Les figures des dessins montrent le montage en parallèle de plusieurs moteurs (2) avec leur boîtier (B) entre l'alimentation générale (al) et le réseau local bus (2a2). Compte tenu des caractéristiques du dispositif et de son application au contrôle et à la commande de plusieurs moteurs, des dispositifs peuvent donc effectuer, à l'aide des informations du réseau (a2) les fonctions suivantes données à titre d'exemple indicatif, nullement limitatif : - fonction marche-arrêt du moteur ; variation d'un régime de rotation selon la consigne par variation de fréquence ;
- contrôle du couple moteur, de manière linéaire et non linéaire ; accélération et décélération ; - - contrôle du freinage.
De même le dispositif peut effectuer, d'une manière autonome, les fonctions suivantes : autorégulation thermique avec renvoi d'informations au réseau ; - détection du taux de vibration avec renvoi d'informations au réseau ;
- mesure d'intensité absorbée avec renvoi d'informations au réseau ;
- mesure de la tension d'alimentation avec renvoi d'informations au réseau ;
- mesure de la fréquence avec renvoi d'informations au réseau ;
Les avantages ressortent bien de la description, en particulier on souligne et on rappelle que le dispositif englobe, de manière compacte, à l'intérieur d'un boîtier, les différents modules et leur fonction, limitant ainsi le câblage et la fourniture d'électricité et à une liaison de commande par un réseau bus d'information bifilaire.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
-1- Dispositif de commande et de contrôle à distance d'au moins un organe électrique du type tournant notamment, à partir d'un réseau local bus d'information bifilaire et/ou optique, caractérisé en ce que :
- il comprend au moins une unité centrale (UC) reliée au réseau ;
- l'unité centrale envoie des consignes de fonctionnement dans une unité de dialogue (11) apte à les traiter et à les transmettre à une unité de gestion et de puissance (10) ;
- l'unité de gestion et de puissance (10) est déterminée pour ordonner différentes actions à des modules de puissance (3, 4, 5, 6), ladite unité (10) étant apte à recueillir des informations sur les états physiques desdits modules de puissance, afin de les transmettre à l'unité de dialogue qui est reliée à l'unité centrale (UC) par l'intermédiaire du réseau local bus bifilaire et/ou optique (a2) ;
- les modules de puissance sont reliés à une alimentation électrique (al) et à l'organe électrique.
-2- Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les modules de puissance comprennent :
- un module de protection électronique (3) ;
- un redresseur de courant (4) ;
- un ensemble apte à diminuer les courants harmoniques (5) ; - un onduleur (6). -3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les modules de puissance comprennent également, notamment dans le cadre d'un organe électrique tournant, sous forme d'un moteur :
- une sonde de température (8) ;
- un détecteur de vibration (9) ;
- un système de ventilation (12).
-4- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module de protection (3) possède un pouvoir-de coupure électrique.
-5- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, caractérisé en ce que l'unité de dialogue (1 1), l'unité de gestion de puissance (10) et les différents modules de piiissance, sont intégrés dans un boîtier (B).
-6- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le boîtier (B) est inséré au niveau de l'organe électrique.
-7- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le boîtier (B) est déporté par rapport à l'organe électrique.
-8- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le boîtier (B) présente des agencements de raccordement avec l'alimentation électrique générale (al) et le réseau local bus bifilaire et/ou optique (a2).
-9- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, dans le cadre de plusieurs organes électriques, ces derniers avec le boîtier (B), sont montés en parallèle entre l'alimentation générale (al) et le réseau local bus (a2).
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