Brevet FR2000130A1 — publié le 19690829

é9 00322 , 2000130 La présente invention se rapporte à des installations ou systèmes de commande utilisant des ordinateurs numériques et/ou des dispositifs de commande numériques de traitement. Dans certaines installations connues de commande et de 5 surveillance numériques, on utilise des dispositifs de commande analogiques individuels de traitement, un ordinateur numérique déterminant les valeurs nécessaires pour 1s dispositif de commande, et dans certains cas, des paramètres de commande ou de réglage, pour s'adapter aux valeurs optimales obtenues par des calculs se rap'por-10 tant à des mesures correspondantes effectuées pour le processus ou le traitement. Dans des systèmes connus de Commande ITumérique Directe", on programme un ordinateur nuémrique de façon à lui faire commander toutes les opérations des dispositifs de commande et de réglage ana-15 logiques individuels du traitement, en plus du calcul des données optimales. Ces systèmes ou installations connus sont basés sur le fait que la commande ou le réglage, par exemple d'une installation chimique complexe, oblige à ^calculer rapidement un nombre considérable 3» 20 de données de traitement /&es intervalles fréquents, et sur le fait que des ordinateurs numériques qui présentent la caractéristique d'une grande vitesse de calcul et d'une précision pouvant être spécifiée, conviennent particulièrement dans ce but. les systèmes de Commande Numérique Directe peuvent produire 25 les fonctions de commande à l'aide de moyens numériques avec une plus grande précision que les dispositifs de commande et de réglage analogiques utilisés dans les systèmes de surveillance. On réalise également uns économie de dépense par le fait que chaque variable n'a pas besoin d'un dispositif de commande ou de réglage analogique 30 individuel. D'autre part, les systèmes de surveillance sont moins vulnérables aux effets d'une défaillance de 1'ordinateur du fait que la commande ou le réglage peut être conservé au moyen des dispositifs de commande individuels, dans ce cas. les ordinateurs utilisés dans les systèmes de Commande Numé»-35 rique Directe nécessitent une largeur de bande de fréquences beaucoup plus étendue que cela est nécessaire dans les systèmes de surveillance, du fait que les fonctions de commande de chaque circuit individuel doivent être produites par l'ordinateur de la Commande 69 00322 2000130 2 Numérique Directe. Dans les applications antérieures de la commande par ordinateur à des installations de traitement, on a utilisé de ce fait, des dispositifs de commande et de réglage analogiques pour obtenir la 5 largeur de bande nécessaire permettant d'agir sur les variables individuelles du processus, la surveillance étant assurée par un ordinateur numérique associé dont la largeur de bande est limitée. Ge concept est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 2 932 471. 10 Avec l'apparition des ordinateurs numériques à grande largeur de bande, on a utilisé des systèmes de Commande Numérique Directe avec succès dans un certain nombre d'applications qui jusqu'à présent auraient été satisfaites à l'aide de systèmes de surveillance. Cependant, on préfère encore les systèmes de surveillance dans les 15 applications se rapportant à des installations complexes, et dans les cas où une interruption de production due à une défaillance de l'ordinateur aurait des conséquences économiques sérieuses. Quelle, que soit la forme de commande par ordinateur qui est adoptée, les problèmes d'introduction des mesuras analogiques se 20 rapportant au traitement dans l'ordinateur numérique, et la commande des dispositifs de commande analogiques par l'ordinateur numérique, demeurent. - Un équipement spécial doit être utilisé pour échantillonner les signaux d'entrée multiples et pour réaliser une conversion ana-25 logique - en numérique, et une conversion numérique - en analogique. Il arrive souvent qu'une mesure de traitement donnée est nécessaire à la fois sous une forme numérique pnr l'ordinateur, et sous une forme analogique par le dispositif de commande analogique individuel surveillé ou de réserve. 30 le prix et la complication de cet équipement spécialisé d'ins tallation à élément de séparation sont d'habitude plusieurs fois supérieurs au prix et à la complication de l'ordinateur. De plus, l'équipement à élément de séparation comprend d'habitude un multiplexeur de signaux commun, et un convertisseur analogique - en -35 numérique dont la défaillance est aussi grave que la défaillance de l'ordinateur. En général, il n'est pas possible de coupler un ordinateur numérique à une installation existante équipée d'un équipement 00322 2000130 3 de commande et de réglage analogique classique, sans modification considérable des instruments existants, en plus de l'utilisation d'un équipement de surface ou élément de séparation spécial pour l'ordinateur. D'autre part, si les installations existantes de-5 vaient être équipées d'instruments numériques pour la mesure et la commande des variables individuelles du processus, la résolution du problème consistant à les coupler à un ordinateur numérique serait considérablement facilitée. De plus, on pourrait faire; en sorte qu'un dispositif de commande numérique individuel de processu 10 utilisé dans un système de commande surveillance donne la même précision que les fonctions de commande produites dans un système de Commande Numérique Directe. Un petit nombre seulement d'éléments de mesure principaux pour des variables du processus donnent directement une sortie 15 numérique et la plus grande partie des mesures nécessiterait des convertis se u_\\s individuels analogiques - en - numériques.les sorties de ces convertisseurs individuels anologiques - en -numériques pourraient être disposées suivant une foime permettant de les introduire soit dans des dispositifs de commande numériques 20 individuels, soit dans un ordinateur numérique. l'utilisation d'instruments numériques pour les mesures et la commande des variables individuelles du processus assurerait la compatibilité nécessaire entre les installations et les ordinateurs numériques et/ou les dispositifs de commande numérique du 25 traitement ou du processus permettant l'introduction, suivant les besoins, d'une commande de surveillance numérique, d'une Commande numérique Directe, d'une commande d'attente numérique, et la réalisation de systèmes hiérarchises numériques complexes. Suivant la présente invention, une installation ou: systèmes 30 de commande comprend une série de dispositifs de mesure servant à mesurer des variables séparées, à chaque dispositif de mesure étant associé un codeur, chaque codeur comportant une réaction servant à le maintenir continuellement en équilibre afin de produire un signal de sortie qui/ést exempt d'erreur de transition, 35 suivant un code binaire progressif et qui peut être lu à la demande, ainsi qu'un ordinateur numérique capable de choisir et d'utiliser les signaux de commande des codeurs pour produire un ou plusieurs signaux de commande. Iv. moins un codeur peut être 2000130 4 associe à un dispositif de commande qui est incorporé à un circuit de commande sous la surveillance d'un ordinateur numérique, et qui sert à surveiller le réglage du processus suivant des critères voulus et sous la commande d'un programme. L'ordinateur numérique 5 unique peut également être utilisé pour calculer les données rendant optimal le réglage du processus. A volonté, chaque dispositif de mesure peut comporter un convertisseur analogique - en -numérique servant à coder les variables mesurées sous une forme numérique. 10 La plupart des transducteurs de mesure du processus présen tant des sorties électriques convertissent une mesure primaire ou principale en un signal de transmission en courant continu standard. qui, d'une manière typique, est de l'ordre de O à 10 mA, et suivant une précision de 1/2 fo. Ce signal de courant peut être 15 envoyé à travers une résistance fixe pour produire une tension qui, d'une manière commode, pourrait être de 0 à 1 volt. Pour rendre numérique (cette tension sans introduire d'erreur importante, il faudra •un convertisseur analogique - en - numérique présentant une précision d'environ 1 partie sur 1024 et donnant une sortie de 20 10 chiffres binaires (bits). On connaît diverses techniques pour coder des signaux de l'ordre de 0 à 1 volt suivant une précision de 10 bits. Des techniques qui utilisent des procédés d'intégration, de réaction et de comptage sont les plus utilisées couramment, soit avec une 25 sortie binaire, soit avec une sortie décimale codés en binaire. Un grand nombre de ces techniques présentent un fonctionnement discontinu, des temporisations finies se présentant entre l'échantillonnage du signal d'entrée et la présentation de la sortie numérique. D'autres techniques qui utilisent le principe d'une 30 .réaction continue en liaison avec des techniques de comptage classiques traversent des états de transition largement étalés pendant le comptage, qui doit être empêché d'enregistrer une sortie erronée et qui, par suite, doivent également subir des temporisations . 35 A l'aide de techniques de programmation appropriées, un ordinateur peut interroger de tels dispositifs, passer à une autre tâche pendant la temporisation et revenir ensuite au calcul initial lorsque les données demandées deviennent disponibles. En 00322 69 00322 , 2000130 5 variantef les dispositifs peuvent être interrogés par un système de traitement de données particulier comportant un accès direct à la mémoire de l'ordinateur, les données étant emmagasinées successivement suivant une fréquence appropriée. 'Ces deuz techniques 5 conduisent à une certaine complication soit dans la programmation soit dans la réalisation de l'équipement. D'une manière commode, chaque codeur est constitué par un compteur comprenant une série d'éléments "bis table s agencés de manière à donner une sortie en coda Gr-ay. Un tel compteur est ' 10 décrit dans la demande de brevet britannique ÎT° 1439/68 du par la même Demanderesse. Les éléments bistables du compteur sont de préférence connectés à des circuits logiques servant à transformer le code Gray de sortie en un code de sortie binaire, des moyens servant à pro-15 duire un signal de parité à partir du code de sortie binaire afin de représenter la parité du code de sortie Gray, et des moyens servant à appliquer le signal de parité à la série d'éléments bistables, un comparateur de signaux auquel est appliqué un premier signal d'entrée provenant de la sortie binaire du 20 compteur et un second signal d'entrée représentant une variable mesurée, ainsi qu'un ensemble de commande auquel est appliqué un signal de sortie provenant du comparateur. Le système peut ooei-porter un générateur d'impulsions servant à introduire un signal par impulsionsjdans l'ensemUe de commande qui sert à appliquer 25 les signaux par impulsions provenant de l'enseble de commande à la série d'éléments bistables ainsi qu' t. moyen de commande de direction. Le système peut également comporter une réaction à laquelle est appliquée la sortie codée en binaire provenant du compteur et qui produit le premier signal d'entrée appliqué au 30 comparateur de signaux, de sorte qu'en fonctionnement, les signaux par impulsions sont appliqués ai/compteur et le compteur produit un signal de sortie codé sous forme numérique représentant une variable mesurée. Le signal d'entrée représentant la variable mesurée peut 35 être un signal de tension analogique, auquel cas le comparateur de signaux est un comparateur de tensions' JDn variante, le signal qui représente la variable mesurée peut être un signal de fréquence, et dans ce cas le comparateur de signaux est un comparateur 69 00322 2000130 S de fréquencea .Suivant cet aspect , la présente invention peut également être incorporée à un ensemble de mise à jour pour des entrées discontinues. D'autres avantages et caractéristiques de la présente in-5 vention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en -regard des dessins annexés,qui donne à titre explicatif mais nullement limitatif plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins : 10 la figure 1 représente un convertisseur analogique - en - numérique ; la figure 2 représente un convertisseur de fréquence - en -numérique ; la figure 3 représente "un ensemble de mise à jour pour des 15 entrées discontinues ; et la figure 4 représente un système d'ordinateur numérique d'ensemble, La figure . 1 représente un convertisseur analogique - en -numérique qui utilise le type de code binaire progressif périodique 20 connu sous le nom de code Gray, pour le comptage. D' autres types de codes progressifs périodiques pourraient également être utilisés avec des compteurs de modèle approprié. Une inégalité entre la tension analogique 71 et une tension de réaction VF fait appliquer des impulsions par une ligne d'im-25 pulsions P à un compteur G-C en code Gray. Les tensions "73? et V1 sont appliquées au compteur par l'intermédiaire d'un comparateur de tension VC et d'un ensemble de commande CU qui est commandé par un générateur d'impulsions PG. Un signal de commande de direction provenant d'une commande de direction DG est également appliqué 30 au compteur GC et la commande de direction DC reçoit une entrée de l'ensemble de commande CU et un signal de parité le long d'une ligne de parité PAR, lequel signal de parité représente la parité du code de sortie Gray. Le circuit de réaction est complété par un convertisseur numérique - en - analogique D1C qui reçoit une 35 tension de référence "VU et une sortie codée en binaire du convertisseur Gray - en --binaire et qui fournit la tension de réaction VF. Chaque impulsion d'entrée ne fait changer qu'un seul chiffre dans la sortie codée du compteur. Un nombre multiple d'impulsions 69 00322 2000130 T d'entrée fait changer progressivement la sortie du compteur d'un chiffre codé à un autre, sans passer par des états de transition étalés, lorsque l'égalité est établie entre la tension d'entrée analogique et la tension de réaction, le compteur donne une sortie 5 codée déterminée A qui correspond à le tension d'entrée. Le code de sortie Gray qui est disponible pour l'ordinateur doit en général être traduit en code binaire pour le calcul, et ceci peut être réalisé soit par une programmation de routine., t soit en équipant l'ordinateur avec un accessoire de traduction. 10 Le principe de réaction continue utilisé dans le convertis seur analogique - en - numérique peut également être appliqué à la mesure d'une fréquence afin de coupler l'ordinateur à destransducteurs de mesure d'un type produisant de signaux qui sont proportionnels à une fréquence. 15 Dans ce but, le comparateur de tensions est remplacé par un comparateur de fréquences, un moyen servant à produire une fréquence de réaction proportionnelle à la sortie codée et, dans ce but, on peut utiliser un multiplicateur de fréquence binaire connu. 20 Ces techniques peuvent être combinées avec la nouvelle forme de compteur utilisé dans le convertisseur/analogique - n numérique, pour coder des signaux, d'entrée de fréquence suivant le code progressif périodique de type Gray, comme représenté sur la figure 2. 25 La fréquence de réaction de la figure 2 est obtenue en combinant des impulsions de sortie choisies provenant d'un dispositif binaire dénul+iplicateur BS alimenté par un générateur d'impulsions de fréquence FR déterminée^t d'un ensemble de conditionnement de choix de fréquences FG.U. Le choix des impul- 30 sions est déterminé par l'état di^6ompteur en code Gray. Le contenu du compteur en code Gray est réglé jusqu'à ce que les fréquences d'entrée et de réaction soient égales. Sur la figure 2, la fréquence d'entrée est représentée par FI et la fréquence de réaction par FF. Les autres références de la figure 2 sont les mêmes 35 que celles de la figure 1. La sortie du compteur en code Grayfest soit fixe, soit variable d'une manière progressive et peut être interrogée à tout' moment à la demande. 69 00322 2000130 8 Le principe consistant à utiliser un code Gray pour former des entrées qui peuvent être interrogées par l'ordinateur à la demande sans risque d'erreurs de transition, peut être étendu facilement à toutes les formes d'entrée discontinue telles 5 que celles qu'on peut obtenir de systèmes de mesure qui fonctionnent d'une manière périodique ou de dispositifs d'entrée manuels. Ceci est nécessaire pour certaines formes d'ensembles de mise à jour basés sur le fonctionnement progressif ducompteur 10 en code Gray. La figure 3 représente une forme d'ensemble de mise à jour servant à faire passer des données binaires (sous la forme d'un signal de commande de mise à jour le long d'une ligne UDS) d'une source discontinue au compteur en code Gray en utilisant un com-15 parateur binaire BC. Le comparateur binaire comporte une entrée CI de commande d'entrée ou de maintien qui doit être excitée pour permettre que s'effectue, la transmission des données. Cette entrée de commande CI permet au comparateur de fonctionner et de régler le 20 contenu du compteur en code Gray de manière à ce qu'il corresponde aux données d'entrée. A tous autres moments lorsque l'entrée de commande n'est pas excitée, le comparateur BC est bloqué de manière à ignorer les données d'entrée et le compteur conserve le chiffre emmagasiné pendant le dernier transfert valable. 25 Les dispositifs décrits en se reportant aux figures de 1 à 3 A , pour peuvent etre utilises/, tranaf drmer- les diverses variables M mesurées en signaux numériques parallèles en code Gray. Ces dispositifs peuvent être connectés en parallèle par l'intermédiaire de portes logiques de commutation sur une adresse commune GA et sur 30 l'élément d'acheminement DH de données (entrée et sortie) d'un ordinateur. Les portes logiques de commutation forment les sélecteurs de dispositifs DS et connectent la sortie du dispositif d'entrée ou de sortie approprié ID/0D à 11élineni^.'acheminement de données à la réception d'une adresse sur l'acheminement d'adres-35 ses, comme on le voit sur la figure 4. De ce fait, l'ordinateur peut interroger l'un quelconque de ces dispositifs, à la demande, en produisant l'adresse appropriée qui est transmise le long de l'élément d'acheminement é9 00322 g 2000130 d'adresses ÎH de la même manière qu'un ordinateur interne emmagasine des emplacements qui sont adressés et interrogés. Ce procédé pour coupler l'ordinateur à l'installation au moyen de dispositifs d'entrée de données non synchrones, supprime 5 les problèmes de synchronisation propres des techniques classiques et fournit f-'-ë tec'^ique :d'ir.suallation souple ?en simplifiant à la fois l'équipement et la programmation nécessaires. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titres explicatif mais nullement limitatif et , 10 qu'elle est susceptible de diverses variantes sans osrtir de son cadre. - LEGENDE DE DESSUS - Figures Repères 1-2-3 B Compteur réversible Gray/binaire 15 C Code binaire de sortie 3 D Entrée binaire discontinue 4 - E DH (Entrée) F DH (sortie) G Ordinateur 20 H Code Gray de sortie I Vers dispositif de Commande individuel J Vers dispositif de surveillance numérique individuel ou facultativement vers dispositif de Commande en attente. *9 00322 2000130 10 - RBVEiroiCATIOHS -. . série 1 ) oystème dâjiiioiL.iaixà©, caractérisa en. cg on'il comprends tins/ de dispositifs de mesure servant à mesurer des variables Déparées, à chaque dispositif de mesure étant associé un codeur, chaque 5 codeur comprenant une réaction servant à maintenir le codeur continuellement en équilibre afin de produire un signal de sortie exempt d'erreur de transition suivant un code binaire progressif, et qui peut être lu à la demande, et un ordinateur numérique capable de choisir et d'utiliser les signaux de sortie des codeurs 10 pour produire un ou plusieurs signaux.de commande. 2) Système suivant la revendication 1 ,dans lequel au moins l'un des codeurs est associé à un dispositif de commande numérique qui est incorporé à un circuit de commande sous la surveillance de l'ordinateur numérique. 15 3) Système suivant la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel chaque codeur est constitué par un compteur comprenant une série d'éléments bistables agencés de manière à produire une sortie suivant, un code Gray. 4) Système suivant la revendication 3,dans lequel les élé-20 ments bistables sont connectés à des circuits logiques afin de transformer le code Gray de sortie en un code binaire de sortie, un moyen servant à produire un signal de parité à partir du code binaire de sortie afin de représenter la parité du code Gray de sortie, un moyen servant à appliquer le signal de parité à la 25 série d'éléments bistables, un comparateur de signaux auquel est appliqué un premier signal d'entrée provenant de la sortie binaire du compteur et un second signal d'entrée qui représente une variable mesurée,ainsi qu'un ensemble de commande auquel est appliqué un signal de sortie provenant du comparateur. 30 5) Système suivant la revendication 4 ,'comprenant un générateur d'impulsions servant à appliquer des signaux par impulsions à l'ensemble de commande et qui sert à appliquer les signaux par impulsions provenant de l'ensemble de commande à la série d'élé- -mi ments bistables ainsi qu' à/moyen de commande de direction. 35 6) Système suivant la revendication 4 ou la revendication 5>comprenant une réaction à laquelle est appliquée la sortie codée en binaire provenant du compteur et qui donne le premier signal d'entrée appliqué au comparateur de signaux, de sorte 69 00322 2000130 11 qu'en fonctionnement, des signaux par impulsions sont appliqués au compteur et que ce dernier produit un signal de sortie codé sous forme numérique qui preprésente une •variable mesurée. 7) • Système suivant la revendication 6 ,dans lequel la varia-5 ble mesurée est un signal de tension analogique, le systèmescom- prenant un convertisseur numérique - en - analogique destiné à recevoir l'entrée "binaire provenant du compteur et à produire un signal de tension analogique appliqué au comparateur. 8) Système suivant la revendication 5,dans lequel la varia-10 ble mesurée est un signal de fréquence, le système comprenant un ensemble démultiplicateur binaire et un ensemble de choix de fréquences servant à recevoir une sortie de l'ensemble démultiplicateur binaire et la sortie codée en binaire provenant du compteur et à transmettre un signal de fréquence au comparateur. 15 9) Système suivant la revendication 6 ,comprenant un compa rateur binaire destiné à recevoir la sortie codée en binaire provenant du -compteur, une entrée binaire discontinue et une entrée de commande d'introduction et de maintien, et à transmettre à l'ensemble de commande un signal de commande qui dépend dès 20 entrées binaires qu'il a reçues. 10) Système suivant la revendication 1,modifié en ce qu'on peut faire fonctionner l'ordinateur pour commander un traitement supplémentaire et enregistrer les données ainsi traitées.