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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2520906A1
Family ID 8113658
Probable Assignee Sciences Tech Internales S
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title SYSTEME DE SURVEILLANCE D'UNE INSTALLATION
EN Title REMOTE CALIBRATION FOR INFLAMMABLE GAS MIXTURE DETECTING
SYSTEM - USES SUPPLY OF GAS NEAR EACH DETECTOR WITH OUTPUT CONTROLLED
BY SOLENOID VALVE OPERATED REMOTELY FROM CENTRAL UNIT
Abstract
_________________________________________________________________
SYSTEME DE SURVEILLANCE DE FUITES DE GAZ, NOTAMMENT DANS UNE
INSTALLATION PETROLIERE.
L'INVENTION CONCERNE LA VERIFICATION ET LE REETALONNAGE A DISTANCE DES
DETECTEURS DE GAZ 12 AU MOYEN D'UN RESERVOIR DE GAZ ETALON 52 SOUS
PRESSION PLACE AU VOISINNAGE DU DETECTEUR 12 ET DONT L'OUVERTURE EST
COMMANDEE PAR UNE ELECTROVANNE EV PILOTEE A DISTANCE.
The system is intended to detect the presence of an inflammable gas
mixture electronically and remotely. A reservoir of a standard gas
mixture is placed in the vicinity of a detector so that it may be
remotely controlled by means of a solenoid valve for automatic
recalibration of the detector. Each of several detectors may be
supplied by individual pipes and valves from a single reservoir. Each
detector communicates with the outside via a permeable enclosure. The
outlet from the electrovalve is arranged to be inside this enclosure.
An electronic control unit and processor regulate the operation of the
automatic self calibration system. Pref. each detector is formed of
two series-connected thermistors providing a connection point to a
Wheatstone bridge.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne un systeme de surveillance de certains
parametres, notamment la teneur en gaz et vapeurs explosifs ou
inflammables, d'une installation ou sont disposes a cet effet une
pluralite de detecteurs. L'invention vise plus particulierement le
reetalonnage a distance desdits detecteurs, en vue de simplifier la
maintenance et d'en reduire les couts.
Les grandes installations petrochimiques et les installations
d'exploitation de gisements sous-marins, entre autres, necessitent une
surveillance continue et de haute fiabilite des emanations de gaz
inflammables susceptibles de former avec l'air un melange detonnant.
On utilise le plus souvent des detecteurs comportant des capteurs a
thermistances entrant dans la constitution d'un pont de Wheatstone.
L'une des thermistances est chauffee en cas d'emanation de gaz par la
combustion sans flamme de celui-ci, entretenue par un catalyseur
approprie. On determine ainsi le taux de LIE (limite inferieure
d'explosivite) qui est pris en compte pour le declenchement des
alarmes. Ces thermistances, compte tenu de leurs conditions de
fonctionnement, sont sujettes a un vieillissement progressif et a
d'eventuelles derives.On est donc amene a verifier periodiquement leur
etat et le reglage meme du pont de Wheatstone dont elles forment l'une
des branches. Ces verifications ne peuvent entre effectuees de facon
satisfaisante qu'en provoquant au voisinage de chaque detecteur, une
emanation d'un melange gazeux a teneur en "LIE" connue. Or les
detecteurs sont souvent installes en des endroits peu accessibles,
voire dangereux.
L'invention permet notamment d'effectuer ces controles periodiques a
distance et de facon automatique, quel que soit le capteur utilise.
Dans cet esprit, l'invention concerne donc un systeme de surveillance
de certains parametres d'une installation, comportant notamment une
unite electronique centrale de commande et au moins un detecteur de
melange gazeux inflammable place a distance de ladite unite et
electriquement relie a celle-ci, caracterise en ce qu'un reservoir de
melange gazeux etalon est place au voisinage dudit detecteur et que sa
sortie est commandee par une electrovanne ou analogue pilotee par
ladite unite centrale pour le reetalonnage automatique a distance
dudit detecteur.
L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui va
suivre d'un mode de realisation d'un systeme conforme a son principe,
donnee a titre d'exemple non limitatif et faite en reference aux
dessins dans lesquels: - la figure 1 est un schema-bloc d'un systeme
de mesure et de surveillance selon l'invention; - la figure 2 est un
schema illustrant l'association d'un detecteur a un reservoir de gaz
etalon; et - la figure 3 illustre une variante possible de
l'agencement de la fi gure 2
En se referant plus particulierement a la figure 1, on a represente
une unite electronique centrale de commande 11 reliee a une pluralite
de detecteurs 12 et composee d'une pluralite de sous-ensembles de
traitement et de signalisation 13 correspondant respectivement a un
capteur (ou a un groupe de tels capteurs), d'un generateur de
fonctions 14 et, eventuellement d'un micro-ordinateur 15.Comme on le
verra plus loin, le generateur de fonctions 14 est suffisamment
elabore et complet pour permettre le traitement de toutes les
informations delivrees par les capteurs et le deroulement des
sequences de test et de reglage. Le micro-ordinateur 15 est donc
facultatif mais il permet une plus grande souplesse d'utilisation et
notamment un automatisme absolu dans les operations de reetalonnage
periodique des capteurs dont il sera question plus loin.
Chaque detecteur 12 se compose d'un branchement en serie de deux
thermistances Thl et Th2 formant la moitie d'un pont de Wheatstone.
L'une des tances (Thl) est isolee chimiquement du milieu exterieur
tandis que l'autre (Th2) est en contact avec une masse catalytique 17
entretenant une combustion sans flamme en presence de gaz
d'hydrocarbon ou de vapeur inflammable. Suivant une variante, le
detecteur 12 peut comporter, a la place des thermistances Thl et Th2,
des elements semi-conducteurs a oxide metallique dont la resistance
varie en presence de gaz.Le detecteur 12 est donc relie par trois fils
18, 19, 20 au sous-ensemble 13 qui lui correspond dans l'unite
centrale 11 et plus particulierement a un circuit de mesure 21
comprenant notamment l'autre moitie du pont de Wheatstone (resistances
fixes R1 et R2). Le pont de Wheatstone ainsi reconstitue au moyen des
fils de liaison 18, 19, 20 est associe a des moyens de reglage
potentiometriques de zero et de gain, classiques, respectivement
symbolises par les blocs Z et G sur les dessins. Ces reglages sont
accessibles en facade de l'appareil.
Le signal de sortie du circuit 21 est applique a l'entree d'un
amplificateur 23 qui pilote deux detecteurs de seuil S, et S2,
respectivement de pre-alarme et d'alarme, regles sur deux valeurs de
seuil differentes correspondant chacune a un taux choisi de LIE
(limite inferieure d'explosivite). Les reglages des seuils S1 et 52
sont accessibles en facade de l'appareil. Les detecteurs de seuil S1
et;2 pilotent un circuit d'alarme 25 assurant une signalisation
lumineuse et/ou sonore en cas de fuite de gaz localisee par l'un des
detecteurs 12.Le circuit de mesure 21 est egalement couple a un
circuit detecteur de derangement 26 adapte pour verifier le bon etat
du pont de hheatstone et notamment si l'un des fils de liaison ou
l'une des thermistances n'est pas coupe. Il commande un circuit de
declenchement d'alarme de derangement 28 pilotant lui-meme notamment,
le circuit 25, plus precisement une partie des moyens de signa
lisation de celui-ci.
La sortie de l'amplificateur 23 reliee aux detecteurs de seuil S1 et
est egalement connectee a l'une des entrees d'un detecteur de derive
negative 30. I1 s'agit d'un amplificateur operationnel non boucle dont
l'autre entree recoit une tension de reference r correspondant a la
valeur de derive negative maximum tolerable du detecteur 12. La sortie
du detecteur de derive negative 30 pilote le circuit 28 au meme titre
que le detecteur 26, c'est-a-dire a travers une fonction logique ou
agencee a l'entree du circuit 28. En effet, apres la mise en service
de capteurs et son reglage de zero effectue, le vieillissement des
thermistances se traduit par une variation tres lente mais erratique
dudit reglage de zero.Si cette derive est "positive" les detecteurs de
seuil S1 et S2 seront declenches prematurement; on ne risque donc tout
au plus que le declenchement de fausses alertes. En revanche, si la
derive est "negative" les detecteurs de seuil seront declenches pour
des taux de LIE superieurs a ceux de leurs valeurs de reglage
respectives, ce qui est tres dangereux et necessite donc la presence
de ce detecteur de derive negative 30 qui bascule des que la limite
tolerable de derive "negative" (determinee par la valeur de la tension
de reference Vr)) est atteinte.
Le systeme etant prevu pour gerer jusqu'a 999 detecteurs tels que 12,
les sous-ensembles de traitement et de signalisation 13 doivent
pouvoir repondre a des codes d'identification respectifs elabores par
le generateur de fonctions 14 ou par le micro-ordinateur 15. Un
faisceau de fils de connection ou BUS permet la liaison de tous les
sous-ensembles 13 au generateur 14 et, eventuellement au
microordinateur.Chaque sous-ensemble 13 comporte donc un decodeur
d'adresse 32 susceptible de reconnaitre sur le "BUS" un code
d'identification signifiant que ledit sous-ensemble est "appele". I1
comporte aussi un decodeur d'ordre de mise en reglage 34 pilote par un
ordre general de mise en reglage (pour le deroulement de la sequence
de reglage qui sera decrite plus loin) elabore par le generateur de
fonctions 14 ou le microordinateur 15 mais valide par le decodeur
d'adresse 32. La sortie du decodeur 34 pilote des moyens d'inhibition
36 du sous-ensemble 13 considere, au meme titre (par l'intermediaire
d'une fonction d'entree 36a de type OU) qu'un signal de commande de
test automatique delivre par le generateur de fonction 14 ou le
micro-ordinateur 15 et que le signal delivre par le circuit 28.En ce
qui concerne ce dernier, la detection d'un mauvais fonctionnement
quelconque du detecteur (coupure de fil, destruction de thermistance,
derive negative) entrain donc une mise hors service generale du
sous-ensemble 13 qui lui est associe et un declenchement des moyens de
signalisation correspondants du circuit 25.
Les moyens d'inhibition sont agences pour mettre hors service
principalement le declenchement des alarmes generales, notamment les
alarmes sonores pilotees par l'intermediaire de l'un des circuits 25.
En revanche, ils laissent le circuit de mesure 21 operationnel puisque
c'est par son intermediaire que les operations de test automatique et
de reetalonnage peuvent Outre menees a bien.
La sortie du decodeur de mise en reglage 34 pilote aussi une
electrovanne
EV, par l'intermediaire d'une fonction logique de type ET, 37, dont
une autre entree recoit un signal d'ordre de calibrage provenant du
generateur de fonctions 14 ou du microordinateur 15, par
l'intermediaire de la liaison BUS. L'electrovanne EV commande
l'ouverture d'un reservoir de melange gazeux etalon (a taux de LIE
connu) dont la sortie est placee au voisinage du capteur 17
correspondant, comme cela est illustre a la figure 2 qui sera decrite
plus loin.
Le generateur de fonctions 14 comporte un generateur d'ordre de
calibrage 39, un generateur d'adresses 41, un generateur d'ordre de
mise en reglage 43, un generateur d'ordre de test automatique 45 et un
clavier 47 pilotant notamment le generateur d'adresses et le
generateur d'ordre de mise en reglage. Le generateur 39 pilote toutes
les fonctions ET 37 de tous les sous-ensembles 13 a la fois. Le
generateur d'adresse 41 emet ses signaux a tous les decodeurs 32 a la
fois mais seul celui qui est programme sur le code emis engendrera un
signal susceptible de sensibiliser le sous-ensemble 13 correspondant
aux ordres de reglage. Le generateur d'ordre de mise en reglage 43
transmet ses ordres de pilotage aux decodeurs 34.Le generateur d'ordre
de test automatique transmet ses ordres de pilotage aux moyens
dtinhibition 36 et a un generateur de rampe 46 commun, dont le signal
de sortie est applique a l'entree de chaque amplificateur 23 par
l'intermediaire d'un circuit sommateur de couplage 23a dont une autre
entree recoit normalement le signal de sortie du circuit de mesure 21.
Les generateurs 39, 41, 43 et 45 sont "doubles" par des fonctions
analogues programmees dans le microordinateur 15.Ces fonctions sont
simplement symbolisees sur la figure 1 par des sorties de commande
39a, 41a, 43a, 45a, correspondantes du microordinateur lesquelles sont
reliees aux fils correspondants de la liaison BUS au meme titre que
les generateurs, par l'intermediaire de moyens de couplage appropries,
symbolises par des blocs 50 assurant une fonction logique de type OU,
prevus en amont de la liaison
BUS.
La figure 2 illustre la liaison structurelle entre un detecteur 12
donne et l'electrovanne EV qui lui correspond, placee a l'embout de
sortie d'un reservoir 52 de gaz etalon sous pression. Une liaison
electrique de tele commande 53 (reliee a la sortie de la porte ET 37)
permet l'ouverture a distance de cette electrovanne via le
sous-ensemble 13 concerne. Le detecteur 12 (plus exactement l'espace
interne du boitier abritant les deux thermistances) ouvre dans une
enceinte 54 permeable a l'air ambiant eventuellement charge de gaz
inflammable et la sortie de l'electrovanne EV communique avec
l'enceinte 54 par l'intermediaire-d'un simple conduit 56.
L'enceinte 54 peut par exemple etre simplement pourvue d'une ou
plusieurs ouvertures. De cette facon, l'injection de gaz etalon sous
pression dans l'enceinte 54 chassera l'air qui s'y trouve de sorte
qu'en quelques instants, les thermistances Thl et Th2 se trouveront
plongees dans le gaz etalon, pour permettre une mesure effective du
taux de LIE par ailleurs connu a partir de l'unite centrale et le
reetalonnage eventuel du detecteur 12.
Comme le montre la figure 3, il est possible dans certains cas
d'associer un seul reservoir 52a a un groupe de detecteurs 12a, 12b,
12c,..., 12n pour autant que ces derniers soient tous implantes a une
distance raisonnable du reservoir 52a. Dans ce cas, on prevoit une
rampe de distribution 58 a la sortie du reservoir 52a, sur laquelle
sont montees autant d'electrovannes EVa, EVb, EVc,..., EVn qu'il y a
de detecteurs, chaque electrovanne etant reliee a l'un d'eux par un
conduit 56a, 56b, 5suc,... 56n comme dans le cas de la figure 2. Bien
entendu, une electrovanne donnee est pilotee a partir du sous-ensemble
13 qui est associe au detecteur auquel elle est reliee.
Le fonctionnement est le suivant:
En periode normale d'utilisation, aucune des electrovannes EV n'est,
bien entendu, ouverte de sorte que les differents detecteurs 12 sont
en contact avec l'air exterieur eventuellement charge de gaz
inflammable. Tant que le taux de LIE est faible, et pour autant que
les ponts de Wheatstone soient correctement regles (reglages de Zero
et de Gain) le signal de sortie de chaque amplificateur 23 est
insuffisant pour faire basculer les detecteurs de seuil S1 ou 52
correspondants.Si une emanation de gaz inflammable se produit au
voisinage d'un detecteur 12, l'augmentation du taux de "LIE" provoque
une derive positive de l'amplificateur 23 qui declenche
(eventuellement) successivement les detecteurs de seuil S1 et S2 dits
de "prealarme" et d'alarme respectivement.Les changements d'etat des
detecteurs 51 et 52 sont transcrits en signaux lumineux et sonores
appropries par le circuit d'alarme 25; si on suppose que la
verification et le re etalonnage d'une voie (c'est-a-dire d'un
detecteur 12) doivent etre efFec- tuees a partir du generateur de
fonctions 14, sans la participation du micro-ordinateur 15, on
commande le deroulement des operations suivantes: - La voie consideree
est "appelee", du clavier 47; autrement dit le generateur d'adresse 41
emet un code particulier correspondant a la program- mation
particuliere (par exemple en code B C D) du decodeur 32 du
sous-ensemble correspondant et le generateur d'ordre de mise en
reglage 43 emet un signal qui est recu par tous les sous-ensembles 13
mais qui est sans action sur les decodeurs 34 sauf celui qui est
valide par le decodeur d'adresse 32 dont le code a ete emis. Les
moyens d1inhibition 36 du sous-ensemble 13 selectionne sont donc
commandes pour l"'isoler'5 du reste du systeme c'est-a-dire notamment
pour deconnecter les relais (non representes) transmettant les signaux
d'alarme generale.
- Le generateur de signal de commande de test automatique 45 emet
ensuite un signal qui declenche le generateur de rampe 46. On simule
donc une ema- nation de gaz au niveau du sous-ensemble 13 dans le but
de verifier le bon comportement de la chaine de mesure electronique en
amont du circuit d'alarme 25, le but de l'operation etant de provoquer
effectivement le basculement des detecteurs de seuil S1 et - On
effectue ensuite une mesure du taux de "LIE" (le test est suppose
effectue alors qu'aucune emanation de gaz n'est a craindre) et on
verifie que, pour le detecteur 12 considere, le taux de LIE mesure est
bien nul.
Si ce n'est pas le cas, on peut retoucher manuellement le reglage du
Zero en agissant sur les moyens de reglage Z du sous-ensemble
selectionne.
- On provoque ensuite une mesure effective in situ du detecteur 12 en
declenchant l'electrovanne EV associee au sous-ensemble 13 selectionne
tout en mesurant la derive de tension a la sortie de l'amplificateur
23.
L'ordre de commande d'ouverture de ltelectrovanne est donne par le
generateur 39 qui valide la fonction ET 37. Si la tension de sortie de
l'amplificateur 23, une fois stabilisee, ne correspond pas au taux de
LIE attendu, on peut retoucher manuellement le reglage du Gain en
agissant sur les moyens de reglage du sous-ensemble selectionne.
Lorsque les ordres de commande des operations precedentes sont
elabores par le microordinateur, les memes operations se deroulent,
avec la possibilite supplementaire de passer en revue automatiquement
tous les sous-en- sembles 13 les uns apres les autres sans
intervention au clavier 47, les codes d'adresse etant elabores par
l'ordinateur. Par ailleurs, si une derive du Zero et/ou du Gain du
circuit de mesure 21 est observee, il n'est pas necessaire d'arrenter
le deroulement automatique des operations de test et de reetalonnage.
L'ordinateur est programme pour calculer et memoriser des coefficieg s
correcteurs relatifs au sous-ensemble en cours d'analyse, lesquels
coefficients correcteurs sont pris en compte pour les declenchements
futurs eventuels des prealarmes et alarmes.
L'invention n'est pas limitee aux modes de realisation ci-dessus; par
exemple, si on veut reduire le nombre de fils de liaison BUS, il est
possible de piloter le decodeur 34 d'un sous-ensemble 13 donne a
partir du seul decodeur 32 correspondant. I1 suffit pour cela de
modifier les generateurs 41 et 43 pour que les codes d'adresses et
l'ordre de mise en reglage soient transmis sur un mEme fil, et
d'adapter le decodeur 32 pour recevoir eventuellement et
sequentiellement un indice supplementaire d'adresse qui serait
interprete par le decodeur 34 comme un ordre de mise en reglage.
D'autre part, il peut entre souhaitable de realiser les operations de
reglage de Zero dans des conditions de fiabilite et de stabilite plus
grandes. Dans ce cas* on peut doubler le reseau de reservoirs 52 ou
52a par autant de reservoirs de gaz neutre sous pression, connectes
respectivement au connecteur 12 et associes a d'autres electrovannes
pilotees a partir des sous-ensembles 13 correspondants.
Chacun de ceux-ci ne necessiterait alors qu'une fonction de type ET
supplementaire analogue a la fonction 37, dont une entree serait
reliee au decodeur 34, dont l'autre entree serait reliee, par
l'intermediaire de la liaison BUS, a un generateur d'ordres
supplementaire analogue au generateur 39, et dont la sortie piloterait
une electrovanne commandant l'echappement du gaz neutre.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Systeme de surveillance de certains parametres d'une installation,
comportant notamment une unite electronique centrale de commande (11)
et au moins un detecteur (12) de melange gazeux inflammable place a
distance de ladite unite et electriquement relie a celle-ci,
caracterise en ce qu'un reservoir de melange gazeux etalon (52) est
place au voisinage dudit detecteur et que sa sortie est commandee par
une electrovanne (EV) ou analogue pilotee par ladite unite centrale
pour le reetalonnage automatique a distance dudit detecteur.
2. Systeme de surveillance selon la revendication 1, caracterise en ce
que, ledit detecteur (12) communiquant avec l'exterieur via une
enceinte permeable (54), la sortie de ladite electrovanne debouche
dans ladite enceinte.
3. Systeme de surveillance selon la revendication 1 ou 2, caracterise
en ce que plusieurs detecteurs sont associes a un mene reservoir (52a)
de melange gazeux etalon precite par l'intermediaire d'electrovannes
respectives pilotees individuellement par ladite unite centrale de
commande (11)
4. Systeme de surveillance selon l'une des revendications precedentes,
caracterise en ce que ladite unite centrale de commande (11) comporte
une pluralite de sous-ensembles de traitement et de signalisation (13)
correspondant respectivement a une pluralite de capteurs precites
lesquels sous-ensembles sont couples a un generateur de fonctions (14)
et eventuellement a un ordinateur (15).
5. Systeme de surveillance selon la revendication 4, caracterise en ce
que chaque sous-ensemble (13) comporte un circuit de mesure (21)
completant ledit detecteur (12) de facon a former un pont de
Wheatstone, au moins un detecteur de seuil 51 S2 connecte pour
recevoir un signal de mesure elabo- re par ledit pont de Wheatstone et
des moyens de signalisation (25) pilotes par ledit detecteur de seuil.
6. Systeme de surveillance selon la revendication 5, caracterise en ce
qu'il comporte deux tels detecteurs de seuil (S1 et S) regles
respectivement pour deux niveaux differents d'emanation de gaz
inflammable.
7. Systeme de surveillance selon l'une des revendications 4 a 6,
caracterise en ce que ledit generateur de fonctions comporte un
generateur d'adresses (41) et que chaque sous-ensemble precite
comporte un decodeur d'adresse (32) couple a des moyens d'inhibition
d'au moins une partie des- dits moyens de signalisation (25) pour la
mise en oeuvre de sequences de test et de reglages simulant le
declenchement d'alarmes.
8. Systeme de surveillance selon la revendication 7, caracterise en ce
que ledit generateur de fonctions comporte un generateur de rampe (46)
connecte auxdits sous-ensembles pour simuler une emanation de gaz
inflannable.
9. Systeme de surveillance selon l'une des revendications 4 a 8,
caracterise en ce que chaque sous-ensemble precite est pourvu tutie
liaison de commande d'une electrovanne (EV) precitee correspondant au
detecteur connecte audit sous-ensemble, ladite electrovanne etant
pilotee h partir d'une fonction ET validee par ledit decodeur
d'adresse (32) et un signal provenant d'un generateur d'ordre de
calibrage (39) commun a tous les sous-ensembles.
10. Systeme de surveillance selon l'une des revendications
precedentes, caracterise en ce qu'un reservoir de gaz neutre est place
au voisinage du detecteur, et que sa sortie est commande par une autre
electrovanne ou analogue, pilotee independamment par ladite unite
centrale.
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