Brevet FR2246098A1 — publié le 19750425

La présente invention concerte un appareil de commande de- sécurité détectant une condition indésirable et plus préci sément un appareil de ce type destiné à transmettre un signal d'avertissement ou a' réaliser une commande lors de l'apparition d'une condition indésirable dans un appareillage associe. Un-tel appareil de sécurité convient aux installations importante-s, par exemple aux réacteurs nucléaires. Un tel appareil. de sécurité doit évidemment présenter une intégrité importante et, lorsqu'il tombe en panne, il ne doit créer aucun risque ; les appareils de sécurité de ce type satisfaisant - à à ces critères comprennent un dispositif a' échelle. Un dispositif à échelle comprend essentiellement un noyau magnétique en ferrite ayant la forme d'une échelle. Les deux échelons d'extrémité du noyau portent un bobinage d'entrée et un bobinage de sortie respectivement, et les échelons intermédiaires portent des bobinages de commande qui sont reliés chacun a' un capteur commandé par l'apparition d'une con dation indésirable dans l'appareillage associé. De plus, le noyau comprend un enroulement de rétablissement. Chaque capteur est destiné à exciter l'enroulement associe de commande uniquement en- l'absence de a condition indésirable à laquelle il est sensible. Lors de l'utilisation du dispositif, et lorsque tous les enroulements de commande sont excités et dans ce seul cas,. l'application alternée d'un signal d'entrée a' l'enroulement d'entrée et d'un signal de réarmement à l'enroulement de réarmement provoque l'apparition d'un signal dans l'enroulement de sortie. Ainsi, le signal de sortie cesse lorsque l'un quelconque des capteurs détecte une condition indésirable. Un inconvénient des dispositifs à échelle est que le signal d'entrée doit avoir une teneur élevée en fréquences harmoniques de manière qu'il possède une intégrité importante. Jusqu'à présent, les transistoriaant une mauvaise réponse en fréquence ont constitué des sources très satisfaisantes de si gnwux d'entree, mais ltobtention de ces transistors est main tenant très difficile et, pour des raisons d'intégrité poussée, l'utilisation d'un transistor ayant une bonne réponse en fréquence et associé à des composants externes lui donnant arti ficiellement une mauvaise réponse en fréquence ne constitue pas une variante satisfaisante. Ainsi, il existe donc un pro-blème de réalisation d'un appareil satisfaisant de sécurité comprenant un dispositif à échelle; l'invention-concernant un tel appareil. L'invention concerne plus précisément un appareil de sécurité qui comprend un oscillateur électrique comportant un trajet de réaction, un dispositif de commutation monté dans ce trajet, un capteur destiné à détecter l'apparition d'une condition indésirable dans un appareillage associé à l'appareil de sécurité, un dispositif d'ouverture du dispositif de commu- tation lors de la détection d'une condition indésirable par le capteur, de manière que l'oscillateur cesse d'osciller, et un dispositif de sortie commandé lorsque l'oscïllateur cesse d'osciller. Dans un mode de réalisation avantageux, l'oscillateur comprend un circuit bistable et le trajet de réaction transmet une réaction négative retardée entre la sortie et l'entrée du circuit bistable. Dans un tel mode de réalisation, le dispositif de commutation comprend avantageusement un dispositif de transformation de signaux ayant une entrée reliée à la sortie du circuit bistable et une sortie reliée à 1' entrée du circuit bistable, et le dispositif d'ouverture du dispositif de commutation comprend un dispositif d'excitation du circuit de transformation de signaux qui est inhibé lorsque le capteur détecte une condition indésirable. Dans un mode de réalisation particulier d'un tel appa- reil, le capteur comprend en réalité n capteurs séparés qui sont sensibles chacun à la même condition indésirable, le dispositiS d'excitation comprend n alimentations, une pour chaque capteur individuel, et le- circuit de transformation de signauxcomprend plusieurs étages montés en cascade, chaque étage étant relié de manière qu'il assure l'excitation par une sélection différente de m des alimentations. Dans un tel mode de réalisation, chaque alimentation est de préférence montée de manière qutelle transmette un signal séparé de sortie pour chaque étage quielle alimente. Lors de l'utilisation d'un tel mode de réalisation, l'oscillateur cesse de fonctionner lorsque toute sélection de m capteurs détecte une condition indésirable. Le circuit est ainsi destiné à fonctionner sur la base d'un vote majoritaire des signaux de sortie des capteurs individuels. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est un circuit électrique en partie sous forme synoptique, d'un appareil de sécurité selon l'invention et la figure 2 est un circuit d'une partie de l'appareil représenté sous forme synoptique sur la figure 1. L'appareil de la figure 1 comprend un oscillateur qui comporte un circuit bistable 1 comprenant deux portes logiques positives à deux entrées intersection-négation 2 qui forment une bascule par montage croisé, la bascule ayant des entrées Set R d'établissement et de rétablissement et deux sorties complémentaires Q et Q. Une troisième porte intersection-négation 3 à deux entrées est destinée à commander un circuit d'inversion monté entre l'entrée S d'établissement et l'entrée R de rétablissement de la bascule. Lors du fonctionnement, lorsque l'entrée S subit une variation de tension relativementten- te, allant vers les valeurs négatives et après le dépassement d'un certain seuil, le signal Q passe brutalement à une valeur positive du fait de réaction du montage croisé. De manière ana logé, lorsque 11 entrée S reçoit une tension allant vers les valeurs positlves, le signal Q passe brutalement à une valeur négative après le dépassement d'un cei-tain seuil. Ainsi, le signal Q de sortie prend un premier ou un second état suivant que le signal S est supérieur ou inférieur a' un seuil, l'au- tre sortie Q étant en opposition de phase par rapport à la sortie Q. L'oscillateur est complété par un trajet de réaction monté entre la sortie Q et l'entrée S et comprenant une ligne 4 à retard et un dispositif de commutation qui ^emporte un circuit dtransformation de signaux à quatre étages comprenant quatre transistors T1 à T4. Le retard créé par la ligne 4 e-st supérieur au temps de transition de l'entrée S à la sortie Q et en conséquence, lorsque l-e dispositif de commutation est effectivement fermé, la ligne à retard transmet l'état de la sortie Q à l'entrée S en un temps t, et l'entrée s est mise au même état que la sortie Q.Cependant, cet état de l'entrée S impose un état opposé à la sortie Q et en conséquence celleci passe à l'autre état et, après un temps t, l'entrée S revient au mesme état et ainsi de suite. L'oscillateur ainsi formé démarre automatiquement et transmet des impulsions rectangulaires de fréquence 1/2t. Les quatre transistors Ti à T4 sont montés en configuration en cascade collecteur-base dans le trajet de réaction entre la sortie Q du circuit d déclenchement et la ligne à retard, la base du transistor T1 étant reliée à la sortie Q et le collecteur du transistor T4 étant relié à la ligne à retard. Chaque transistor comprend trois résistances de charge de R1 à R3 4 à R6, R7 à R9 et R10 à R12 pour son collecteur, chaque résistance étant montée entre le collecteur du transistor associé et une alimentation 20? 21, 22 ou 23 de tension positive, comme décrit en détail dans la suite. Les -émetteurs des tran- sistors sont reliés en commun à une ligne 37 à tension nulle. On considère maintenant le fonctionnement des transi se tors T1 à T4 qui formen-t un dispositif de commutation. Lcrsque toutes les alimentations 20 à 23 fonctionnent, et lorsque la sortie Q varie entre ses deux états, les transistors Ti à T4 commutent entre leurs états conducteur et non conducteur, avec une inversion de phase entre les transistors successifs, et le déphasage global entre l'entrée du transistor T1 et la sortie du transistor T4 est nulle En conséquence, le circuit fonc tionnc comme si les transistors étaient remplacés par un commutateur fermé.Cependant, lorsque ltun des transistors pré- sente une panne ou ne reçoit plus de tension de collecteur (par exemple par défaillance de trois des alimentations 20 à 23), le signal du transistor T4 cesse de varier comme le si- gnal d'entrée du transistor T1, c'est-à-dire que les transistors constituent un commutateur ouvert, et l'oscillateur cesse d'osciller, la bascule à montage croise se bloquant dans l'é- tat qu'elle occupait lors de la rupture du trajet de réaction. De plus, la perte d'un transistor provoque la transmission d'un déphasage erroné de réaction pour l'oscillation si Si bien que celle-ci ne se poursuit plus étant donné la dérivation constituée par le transistor perdu. La perte de deux transistors, bien qutelle provoque le rétablissement de la phase convenable de réaction, provoque une rupture si importante du trajet de réaction que l'oscillation est impossible. I1 faut noter que, si ie nombre de transistors nécessaires est impair, le signal Q de l'oscillateur peut être utilisé pour l'excita- tion du premier transistor Ti de manière que le déphasage convienne à l'oscillation. Les alimentations 20 à 23 sont associées à des cap téurs 32, 33, 34 et 35 de type connu. Chaque capteur est destiné à contrôler un meAme paramètre d'un appareillage associé, par exemple, dans le cas d'un réacteur nucléaire, les quatre capteurs peuvent contrôler la température, la pression ou le flux neutronique en un point quelconque du réacteur. Appareil est réalisé de manière que l'oscillateur cesse de fonctionner lorsque trois des quatre capteurs indiquent que le paramètre controlé a une valeur telle qu'une panne peut exister dans l'appareillage. - A cette fin, claque capteur individuel est destiné à créer un potentiel positif dans une ligne de garde k, B, C ou D par rapport à la ligne de garde W, X, Y ou Z à tension nulle en l'abserce d'une défaillance, le potentiel de la ligne A, 53, C ou D devenant nul en cas de panne. Comme décrit dans la suite, chaque alimentation 20 à 23 est destinée à transmettre trois signaux séparés mais identiques sous forme de tensions positives Vcc après détection d'une condition d'absence de panne par le capteur associé, les signaux d'une alimenta tin tomban-t à zéro lors de la détection d'une condition de panne par le capteur associé. Les signatx des aiimentationW20 à 23 parviennent aux collecteurs des transistors T1 à To, par l'intermédiaire des résistances Ri à R12 comme représenté sur la figure i. si bien que chaque transistor est excité par une sélection différente de trois alimentations. Ainsi, lorsque trois des quatre capteurs détectent une condition de défaut, l'un des transistors T1 à T4 perd son alimentation de collecteur et l'oscillateur cesse de fonctionner. Ainsi, l'oscillateur cesse de fonctionner d'après un vote majoritaire, en fonction des signaux transmis par les capteurs. Il apparat ainsi qu'un fonctionnement peut être obtenu sur la base de m votes sur n, par utilisation d'un nombre convenable de transistors ayant chacun m. résistances de collecteurs reliées à une sélection différente de n alimentations, une pour chacun des n capteurs individuels, et par connexion du signal bistable convenable Q ou Q au premier transistor. La raison de.l'utilisation des alimentations 20 à 23 ayant chacune trois sorties séparées est que, lorsque les lignes A à D de garde sont reliées directement aux résistances de collecteur des transistors T1 à T4, il est possible qu'il apparaisse une alimentation en courant par retour d'une ligne de garde qui fonctionne à une ligne de garde qui a été mise en circuit ouvert. On peut par exemple supposer que les lignes de garde sont reliées directement et qu la ligne B passe en circuit ouvert Le courant provenant de la ligne A par les résistances R1, R2, R7 et R9, provenant de la ligne C par les résistances R2, R3, R10 et Ril et de la ligne D par les résis- tances R8, R9 10 et R12, font croire que la ligne B est tou- jours active. Les circuits sont les mêmes pour toutes les alimentations 20 à 23, comme représenté sur la figure 2 pour l'alimen- tation 20. Le couplage optique est utilisé car il isole les signaux des alimentations des capteurs associes. Chaque alimentation comprend un oscillateur 30 qui est excité par les lignes de garde à tension positive et nulle du capteur associé, et qui transmet des impulsions parvenant à une diode photo-émissive 31. Les impulsions de lumière de la diode parviennent sur un photo-transistor PTl qui se sature en fonction de l'impulsion lumineuse. La transmission des impulsions lumineuses entre la diode et le photo-transistor PT1 peut être assurée par montage de chaque diode photo-émissive et du photo-transistor associé dans une matière transparente d'isolement, la diode et le transistor étant séparés matériellement de manière qu'ils ne puissent pas présenter de courtscircuits. Dans une variante, la transmission lumineuse peut être réalisée par des fibres optiques. Un autre avantage du couplage optique par rapport au couplage électrique est la réduction des interférences. La seule source d'interférences est l'éclairement ambiant. Cet éclairement a le plus souvent une intensité relativement faibic et, dans le cas de ltenrobage, la matière d'enrobage peut être revêtue extérieurement de manière qu'elle empeche la pénétration de la lumière ambiante et, dans le cas des fibres optiques, ia pénétration de la lumière est évitée car les faces externes des fibres sont opaques. Lors du fonctioanement de l'alimentation, un courant négatif circule par l'intermédiaire du photo-transistor PT1 et de la diode D2 entre une ligne négative 36 à un potentiel -Vcc, par rapport à la ligne 37 au potentiel nul, si bien que les plaques d'entrée des condensateurs C1 à C3 sont mises à une tension proche de -Vcc.Les diodes D3 à D5 sont toutes polarisées dans le sens direct et permettent le passage du courant qui charge les condensateurs C1 à C3. A la fin d'une impulsion lumineuse, le plsoto-trsasistor PTt cesse de conduire et le cou ralle de base destiné à un transistor Ti monté à charge de l'é- metteur passe dans une résistance R15 et dans une diode D1. Les tensions des plaques d'entrée des condensateurs Cl ä C3 s'élèvent alors à O V environ. La tension des plaques de sortie des condensateurs slélève aussi en tentant de parvenir à une tension positive et elle polarise alors dans le sens direct les diodes D6 à D8 et charge ainsi positivement les condensateurs C4 à C6 de sortie. Après quelques impulsions lumineuses et pourvu que les courants soient faibles, les condensateurs C4 à C6 sont chargés par rapport à la tension nulle à fine tension aussi positive que la tension -Vcc est négative. De cette manière, les tensions positives nécessaires aux collecteurs des transistors T1 à T4 proviennent d'un potentiel totalement négatif -Vcc. Toute défaillance par court-circuit ou circuit ouvert d1un composant ou bien réduit les signaux transmis à un faible niveau, les signaux étant sensiblement nuls alors, ou bien réduit les signaux de sortie à des valeurs négatives. L'appareil comprend de plus un dispositif de sortie commandé par L'arrêt du fonctionnement de l'oscillateur. Le dispositif de sortie comprend comme représenté sur la figure 1, un diviseur de fréquence sous forme d'une chaine 40 de division binaire alimentée par la sortie Q du circuit bistable 1, la sortie de la chalne de division étant utilisée pour la commande d'une alimentation comprenant un onduleur 41 qui transmet un signal qui est redressé puis utilisé pour llex- citation d'un commutateur électromagnétique 50. Le retard de la ligne à retard ést par exemple de llor- dre de 10 microsecondes, la fréquence de l'oscillateur étant alors de 5 Mhz, de manière que la ligne 4 à retard conserve une dimension r.sonnable dans ]'oscillateur. La channe 40 est destinée à transmettre des ondes rectangulaires complémentaires aux sorties T et T à Ime fréquence de quelques kilohertz, avec un rapport présence-absence de signal proche de l'unité.L'onduleur comprcna deux transistors T6 et T7 dont les bases sont reliées aux orties de la chaîne 40 et dont les émetteurs et collecteurs sont teliés respectivement à la ligne 37 et à un primaire 42 d'un transformateur. Une prise centrale du primaire 42 est reliée à une ligne positive 38. La sortie du secondaire 43 du transformateur transmet un signal qui est redressé par des diodes DU et DiO et la tension redressée est transmise au commutateur 50. Ainsi, lors du fonctionnement, le commutateur 50 reste excité uniquement lorsque l'oscillateur continue à fonctionner, et il est donc désexcité lorsque trois des quatre capteurs dé- tercent une défaillance. La désexcitation du commutateur 50 est destinée 'a provoquer la transmission d'un signal d'avertissement ou à assurer une commande convenant à l'appareillage particulier avec lequel l'appareil est utilisé. Par exemple, dans le cas de l'utilisation avec un réac- teur nucléaire. la désexcitation du commutateur 50 peut provo- quer la retombée des tiges de contrôle dans le réacteur, et le déclenchement d'une alarme acoustique. Comme l'oscillateur et le dispositif de sortie comman dnt la totalité des capteurs 32 à 35, ils assurent, lors de -leur excitation, l'alimentation de la ligne de tension nulle pour les transistors TI à T4, des lignes de tension nulle et négative des alimentations 20 à 23, et l'alimentation du circuit bistable, de la chaîne 40 et de ltonduleur 41 qu'ils soient indépendants ou également dépendants de tous les capteurs. Leur indépendance nécessite la disponibilité dtulle autre alimentation convenable. Lorsqu'une telle alimentation n'est pas disponible, l'oscillateur et le dispositif de sortie sont convenablement alimentés par quatre alimentations sous forme de convertisseurs continu-continu 44 à 47 qui sont associés aux quatre capteurs 32 à 35 respectivement. Comme représenté sur la figure 1, chaque convertisseur 44 à 47 est alimenté par connexion entre une ligne négative de sortie E, F, G ou Il et une ligne à tension nulle W, X, Y ou Z du capteur associe. Chaque convertisseur nst destiné à trans met+rc :1 la tension pc'sitive, négative et nulle, nécessaire à l'opérateur et au dispositif de sortie par les lignes 38)? 36 et 37, les sorties correspondantes des convertisseurs étant montées en parallèle. Chaque convertisseur comprend un onduleur analogue à ltonduleur 41 déjà décrit, les signaux transmis par les onduleurs étant redressés de manière qu'ils donnez les signaux continus voulus.L'excitation des bases des transistors des onduleurs est assurée par les enroulements des transformateurs, ceux-ci étant réalisés de manière que la formati on de courts-circuits entre les enroulements ne soit pas possible. Grâce au dispositif représenté, la défaillance d'un capteur ou d'une partie quelconque de l'un des convertisseurs 44 à 47, à l'exception des redresseurs en court-circuit, ne provoque pas la suppression de l'alimentation de l'oscillateur et du dispositif de sortie. L'utilisation des convertisseurs 44 à 47 rend superflue la liaison en commun des lignes à tension nulle des capteurs, si bien que les dangers de formation d'une boucle à la terre sont minimaux. De plus, le circuit considéré assure l'isolemcnt des alimentations d'excitation de l'oscillateur ct du dispositif de sortie, cette caractéristique étant utile pour la sécurité, en ce qui concerne les courts-circuits qui peuvent apparaltre. Il est bien entendu que l'invention nta été décrite et représentée qu'a titre d'exemple préféretiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans es éléments consti tutifs sans pour autant sortir de son cadre, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Appareil de commande de sécurité destiné à trans- mettre un signal d'avertissement ou à assurer une commande en fonction de la détection par un capteur de l'apparition d'uns condition indésirable dans un appareillage associé à l'appareil, celui-ci étantcaractérisé en ce qu'il comprend un oscillateur électrique- comprenant un trajet de réaction, un dispositif de commutation monté dans le trajet de réaction, un dispositif destiné à ouvrir le dispositif de commutation après détection d'une condition indésirable par le capteur, de manière que l'os- cillateur cesse d'oscillerj et un dispositif de sortie commandé par l'arrêt du fonctionnement de l'oscillateur. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé-en ce que l'oscillateur comprend un circuit bistable et le trajet de réaction assure une réaction négative retardée entre la sortie et 1' entrée du circuit bistable. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de commutation comprend un circuit de transformation de signaux dont une entrée est reliée à la sortie du circuit bistable et une sortie est reliée à l'entrée du circuit bistable, et le dispositif destiné à ouvrir le dispo- sitif de commutation comprend un dispositif d'excitation du circuit de transformation de signaux qui est inhibé lorsque le capteur détecte une condition indésirable. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le capteur comprend n capteurs individuels qui sont commandés chacun uar la même condition indésirable, le dispo- sitif d'excitation comprend n alimentations, une pour chaque capteur individuel, et le circuit de transformation de signaux comprend plusieurs étages montés en cascade, chaque étage étant monté de manière qu'il soit excité par une sélection différente de-m alimentations. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque alimentation transmet un signal séparé de sortie pour. chaque étage qui est relie à elle. 6. 6. Appa-.eil selon llune des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que chaque étage provoque un déphasage de 180ou sensiblement. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que chaque étage comprend un transistor. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le dispositif d'excitation est couplé qptiquement au capteur de manière qu'il soit inhibé lorsque le capteur détecte une condition indésirable. 9. Appareil selon les revendications 4 et 8 prises ensemble, caractérisé en ce que chaque alimentation comprend un oscillateur destiné à etre excité par le capteur individuel associé, un dispositif photo-emissif commandé par l'oscilla- teur et un dispositif photo-sensible qui est excité par la lumi ère produit par le dispositif photo-émissif. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'alimentation comprend plusieurs condensateurs aux bornes desquels sont préleves les signaux de sortie de l'alimentation, le dispositif photo-sensible étant monté dans un circuit d'alimentation des condensateurs en courant de charge. 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que le circuit de charge comprend plusieurs autres condensateurs, le dispositif photo-sensible est monté dans le circuit d'alimentation en courant de charge des condensateurs supplémentaires et provenant d'une ligne à un potentiel qui a une première polarité par rapport à une référence, et les premiers condensateurs sont reliés aux condensateurs supplémentaires de manière qu'ils se chargent, à partir des condensateurs supplémentaires, jusqu'à un potentiel de polarité opposée à celle de la ligne par rapport à la référence. 12. Appareil selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérise en ce que chaque capteur individuel est associé à une alimentationS chaque alimentation étant excitée par le capteur associé, le reste de appareil étant alimenté par les signaux de l' alînentations étant transmis en parallèle. 13. Appareil selon la revend cation i2, caractérisé en ce que cbaque alimentation comprend un onduleur. 14. Appareil sel on L'uns quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de sortie comprend un onduleur commandé par le signal de l'oscillateur, etun commutateur électromagnétique commandé par le signal de 1 1 onduleur. 15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que le signal de i'oscillateur est transmis à l'onduleur par l'intermédiaire d'un dispositif diviseur de fréquence