Brevet FR2440022A1 — publié le 19800523

L'invention concerne un circuit destiné à un dispositif de commande progråmmable à coupleur pour unité de travail, le dispositif de commande programmable comprenant une unité de calcul et une mémoire de programme subdivisée en une mémoire pour la représentation des données d'entrée et une mémoire pour la représentation des données de sortie et étant relié par l'intermédiaire d'un interface et d'un bus d'adresses ainsi qu'un bus d'entrée et de sortie des données à une unité d'entrée/sortie destinée au couplage avec une unité de travail, avec insertion d'éléments de découplage galvaniques. Le circuit selon l'invention peut être utilisé en particulier pour la commande de machines-outils. Des machines-outils à commande numérique sont comman dées de plus en plus par des calculatrices intégrées dans la commande. On utilise alors la séparation de fonctions qui est habituelle dans la technique des calculs d'unités de travail entre l'unité centrale et les groupes d'entrée et de sortie périphériques. Ceci est avant tout nécessaire pour protéger l'unité centrale d'influences pertubatrices. Les machines-outils sont soumises- à de fortes perturbations électriques externes rendant nécessaire une séparation de l'armoire de manoeuvre de la machine-outil (armoire de manoeuvre à courant fort) et de celle contenant 1^ commande àelacalculatrice de la section de commande. La commande de la calculatrice et ses groupes sensibles à des perturbations, tels que la mémoire "écriture/lecture", l'unité de calcul et les conducteurs des bus de données et d'adresses destinés au couplage des groupes les uns avec les autres, doit etre particulièrement protégée contre des influences perturbatrices externes. Un facteur essentiel de perturbations est constitué par les conducteurs d'entrée et de sortie reliant la commande de la calculatrice à l'armoire de commande de la machine-outil. Pour maintenir éloignées les perturbations propagéef par ces liaisons conductrices de l'armoire de commande à courant fort, toutes les entrées et les sorties de la commande de la calculatrice sont séparées galvaniquement du reste de l'installation, ce qui signifie que des éléments galvaniques de découplage sont montés dans chacun des conducteurs de liaison entre l'armoire de commande à courant fort et la section de commande de la calculatrice. I1 peut s'agir de relais électromécaniques ou encore de coupleurs optiques ou optocoupleurs mis au point récemment en tant que composants semiconducteurs. Les commandes CNC bien connues sont relativement coûteuses pour réaliser la séparation galvanique des conducteurs reliant la section de commande de la calculatrice à l'armoire de commande à courant fort car il est nécessaire d'avoir recours à un élément de découplage galvanique pour chaque conducteur de signaux d'entrée ou de sortie. En moyenne, il faut environ 200 conducteurs de signaux pour la commande d'une machine-outil, ce qui fait qu'en dehors de ce nombre d'éléments de découplage qui entraine des dépenses élevées, il faut également tenir compte du besoin d'énergie et de place supplémentaires pour leur commande électrique. On connait déjà des commandes C qui remédient à ces inconvénients en ne prévoyant entre la section de commande de la calculatrice et l'armoire de commande à courant fort qu'un câble unique de liaison comprenant un nombre relativement réduit de conducteurs, et qui réduisent également au minimum la dépense provoquée par le découplage galvanique. L'échange de signaux utilisant un cible de liaison ne comprenant que peu de conducteurs s'effectue à la manière d'un "multiplexeur" au moyen d'un dispositif de transfert et de réception de signaux prévu en supplément. L'avantage de n'avoir qu'une section de transfert simplifiée mieux protégée contre des pertrubations est obtenu seulement par un circuit supplémentaire - fonctionnant en multiplex - pour le transfert des signaux divers transmis sur les mêmes conssucteurs. L'échange Jde signaux mieux protégé contre des perturbations entre la section de commande de la calculatrice et l'armoire de commande à courant fort est considéré com j me un problème de couplage de l'unité de travail avec un dispositif de commande programmable et est traité dans les commandes CNC connues comme un problème séparé du transfert des signaux, et en tant que tel, sa solution technique est également séparée. Ceci s'explique du fait que le traitement et l'adaptation des données se présentent sous forme d'un circuit complexe dans le dispositif de commande programmable, les données traitées dans la section de commande de la calculatrice étant transmises à l'unité d-'entrée/sortie par l'intermédiaire de conducteurs bus d'adresses et de données.L'adaptation de la structure du bus de la section de commande de la calculatrice à la structure du bus situé du côté de l'unité de travail est obtenue par l'intermédiaire d'un circuit à interface. L'unité d'entreeZsortie sert de section de couplage pour les conducteurs externes de transfert. Tous ces moyens de traitement et d'adaptation de données qui viennent d'entre mentionnés et qui sont utilisés en amont de l'unité d'entrée/sortie sont associés à un circuit complexe, c'est-à-dire un composant de la section de commande programmable protégée contre des perturbations. Les commandes CNC connues utilisées pour l'entrée et la sortie fonctionnent selon le principe de l'interruption, la liaison de commutation interne entre l'unité de calcul et la mémoire étant interrompue, dans la mesure où les signaux opérationnels modifiés doivent être introduits ou bien les signaux traités doivent être délivrés à l'unité de travail, et une liaison est établie entre la mémoire et l'unité d'entrée/sortie. Pour ces fonctions, il est nécessaire de prévoir une unité de formation d'interruptions qui, en fonction des conditions, prend une décision d'"interruption" et déclenche la réalisation de liaisons de commutation correspondantes. Le mode de travail par interruptions indiqué cidessus garantit, en-effet, des temps de calculs maximaux du fait aue l'unité de calcul n'est alors interrompue pendant son travail que lorsque des entrées et des sorties sont nécessaires, mais la durés entre les processus d'entrée/sortie est relativemént longue et il en résulte le danger de perturbations plus importantes des signaux car des signaux d'entrée ou de sortie erronés ne sont rétablis que lors du traitement d'entrée/sortie suivant. Pendant ce temps peuvent survenir des-erreurs de séquence du fait d'un fonctionnement erroné du travail à commander. L'invention a pour objet un circuit programmable mieux protégé contre des perturbations pouvant survenir sur la section de transmission ou de transfert de signaux entre l'unité de travail et la section de commande programmable, tout en réduisant la complexité des circuits, en augmentant la fiabilité et en réduisant les coûts de maintenance. L'invention crée ainsi un circuit destiné à un dispositif de commande programmable à couplage pour l'unité de travail, le dispositif de commande programmable comprenant une unité de calcul et un ensemble de mémoires de programme comprenant une mémoire des données d'entrée et une mémoire des données de sortie, et qui est relié, par l'intermédiaire d'un interface et d'un bus d'adresses ainsi que d'un bus de données d'entrée et de sortie, à une unité d'entrée/sortie destinée au couplage avec l'unité de travail, avec insertion d'éléments de découplage galvaniques, les données d'entrée et de sortie pouvant s'effectuer dans des intervalles de temps courts et prédéterminés et l'unité d'entrée/sortie devant être placée en dehors de la zone protégée contre les perturbations. Selon l'invention, le problème est résolu du fait que le dispositif de commande programmable peut être commandé par un générateur d'impulsions selon un cycle répétitif comprenant une première suite de liaisons de commutation entre la mémoire de programme et l'unité de calcul et une seconde suite de liaisons de commutation entre la mémoire de programme et l'unité d'entrée/sortie, l'unité d'entrée/sortie étant disposée dans l'armoire de commande de l'unité de travail et séparée du dispositif de commande programmable, le bus des données d'entrée et de sortie et le bus d'adresses allant directement de l'interface à l'armoire de commande de l'unité de travail qui n'est pas protégée contre des perturbations, et des éléments de découplage galvaniques étant montés seulement dans les conducteurs des bus entre l'interface et l'unité d'entrée/sortie. De préférence, l'unité d'entrée/sortie contenue dans l'armoire de commande de l'unité de travail remplit en même temps la fonction d'un circuit distributeur pour les conducteurs de l'unité de travail. On peut utiliser avantageusement comme éléments de découplage galvaniques des optocoupleurs qui sont montés sur les conducteurs des bus destinés aux données d'entrée en amont de leur raccordement à l'interface et sur les conducteurs des bus destinés aux données de sortie et aux adresses en amont de leur raccordement à l'unité d'entrée/sortie. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple, au dessin annexé. La figure unique représente schématiquement un dispositif de commande programmable couplé à une unité de travail. Le dispositif de commande programmable de l'invention comprend une unité de calcul 1 et un ensemble de mémoires d'écriture/lecture 2, qui sont reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un bus d'adresses 3 de 16 conducteurs et d'un bus de données 4 de 8 conducteurs. L'ensemble de mémoire d'écriture/lecture 2 comprend une mémoire 2.1 pour les signaux d'entrée, une mémoire 2.2. pour les signaux de sortie ainsi qu'une zone 2.3 pour mémoriser les équations de commutation et une zone 2.4 pour mémoriser le programme de commande. Le bus de données 4 et le bus d'adresses 3 sont appliqués à un interface 5 constitué par des circuits d'adaptation 6, 7 et 9. Le circuit d'adaptation 6 relie le bus de données 4 à un bus de données 10, pour l'unité de travail, constitué par 8 conducteurs et destiné aux signaux de sortie.Le circuit d'adaptation 7 relie le bus de don nées 4 à un bus de données llsde l'unité de travail constitué également par 8 conducteurs et destiné aux signaux d'entrée. Le circuit d'adaptation 9 relie le bus d'adresses 3 à un bus d'adresses 12 pour l'unité de travail, et constitué par 8 conducteurs. Un optocoupleur 13 est inséré dans l'interface 5 dans chacun des 8 conducteurs du bus de données 11 de l'unité de travail, destiné aux signaux d'entrée. Le dispositif de commande programmable ainsi que les couplages décrits ci-dessus des bus de données 10, 11 de l'unité de travail et du bus d'adresses 12 pour l'unité de travail avec le bus de données 4 de la commande interne ou le bus d'adresses 3 de l'interface 5 sont disposés à l'abri des perturbations dans un boitier commun 14. Les bus de données 10, 11 de'l'unité de travail ainsi que le bus d'adresses 12 de l'unité de travail sortent du boîtier 14 protégé contre les perturbations et sontraccordés à une armoire de commande 15 à courant fort disposé à proximité immédiate de la machine-outil à commander.Chacun des 8 conducteurs des bus de données 10, 11 de l'unité de travail et du bus d'adresses 12 pour l'unité de travail est relié par l'intermédiaire d'amplificateurs 17, 18, 19 à un dispositif d'entree/sortie 20. Un optocoupleur 21 est inséré dans chacun des conducteurs d'entrée de l'amplificateur 17 provenant du bus de données 10 pour l'unité de travail, un optocoupleur 22 étant inséré dans chacun des conducteurs d'entrée de l'amplificateur 19 appartenant au bus d'adresses 12 de l'unité de travail. L'unité d'entrée/sortie 20 comprend une série de circuits répartiteurs de sortie 23, 24, 25 et une série de circuits répartiteurs d'entrée 26, 27, 28. Le bus de données 10 pour l'unité de travail et qui est destiné aux signaux de sortie sont des amplificateurs 17 en passant par les circuits répartiteurs de sortie 23, 24, 25 auxquels estegalement- relié le bus d'adresses 12 de l'unité de travail. Les circuits répartiteurs d'entrée 26, 27, 28 sont reliés au bus de données 11 de l'unité de travail, destiné aux signaux d'entrée, et ils sont également raccordés au bus d'adresses de l'unité de travail 12. Chacun des circuits répartiteurs de sortie 23, 24, 25 comprend 8 conducteurs de sortie et chacun des circuits répartiteurs d'entrée 26, 27, 28 comprend 8 conducteurs d'entrée. Les conducteurs de sortie ou les conducteurs d'entrée sont directement reliés aux éléments de commutation de l'unité de travail à l'intérieur de l'armoire de commande 15 à courant fort ou à la machine-outil. Les circuits répartiteurs de sortie et d'entrée 23 à 28 comprennent des bascules faisant fonction d'éléments de mise en mémoire des signaux. Le mode de fonctionnement du dispositif de commande programmable couplé à l'unité de travail selon l'invention est le suivant L'unité de calcul 1 prélève, en fonction du programme de commande mis en mémoire dans la zone de mémoire 2.4 de l'ensemble de mémoires d'écriture/lecture 2, les signaux d'entrée de l'unité de travail se trouvant dans la section de mémoires 2.1 et traite ceux-ci selon les équations de commutation mises en mémoire dans la zone 2.3. Les résultats sont transmis à la mémoire 2.2 où ils sont disponibles en tant que signaux de sortie pour le travail à commander. L'appel respectif des mémoires 2.1, 2.2 ou des mémoires 2.3, 2.4 s'effectue par l'intermédiaire du bus d'adresses 3. La transmission de données entre l'ensemble de mémoires d'écriture/lecture 2 et l'unité de calcul 1 s'effectue par l'intermédiaire du bus de données 4. Le programme de commande comprend une suite d'opérations fixes qui est commandée par un générateur d'impulsions. La correspondance entre l'unité de calcul 1 et l'ensemble de mémoires d'écriture/lecture 2 s'effectue sur la base d'une pre mière suite de liaisons de circuits, et l'entrée/sortie des signaux de l'unité de travail est réalisée par l'intermédiaire d'une seconQ:5uite de liaisons de circuits. La mémoire 2,1 destinée aux signaux d'entrée et la mémoire 2.2 destinée aux signaux de sortie sont reliées, par l'intermédiaire du bus de;onnées 4 et des bus de données 10, 11 de l'unité de travail, avec l'unité d'entrée/sortie 20. Le programme de commande 2.4 traite les deux suites de liaisons de circuits ci-dessus sous la forme d'une succession bien établie d'opérations qui se répètent de façon continue. L'introduction des signaux d'entrée de l'unité de travail dans la mémoire image 2.1 de l'ensem- ble de mémoires d'écr$ture/lecture 2 ainsi que la délivrance des signaux de sortie de la mémoire image 2.2. vers l'unité de travail s'effectue par blocage des liaisons de l'ensemble de mémoires d'écriture/lecture 2 vers l'unité de calcul 1 et par l'activation des liaisons des mémoires 2.2., 2.1 avec l'unité d'entrée/sortie 20 sur appel du circuit répartiteur d'entrée/sortie 23 à 28 correspondant. Ce qui précède s'effectue de manière que le programme de commande 2.4 commande, par l'intermédiaire du bus d'adresses 3, le circuit d'adaptation 6 situé dans l'interface 5 et transmet ainsi les signaux de sortie a l'un des circuits répartiteurs de sortie 23 ou 24 et 25 de l'unité d'entrée/sortie 20 par l'intermédiaire du bus de données 10 de l'unité de travail, des optocoupleurs 21 et des am- plificateurs 17.Les circuits répartiteurs de sortie 23, 24, 25sont appelés par le programme de commande 2.4 par l'intermédiaire du bus d'adresses 3, du circuit d'adapta tion 9, du bus d'adresses 12 de l'unité de travail, des optocoupleurs 22 et des amplificateurs 19, de sorte que les Signaux de sortie disponibles dans la mémoire 2.2. com mutent les bascules associées des circuits répartiteurs de sortie 23, 24, 25. Après émission du dernier signal de sortie de la dernière position de mémorisation de la mémoire 2.2., le programme de commande 2.4 adresse le circuit d'adaptation 7 dans l'interface 5 pour les données d'entrée. Dans le circuit d'adaptation 9, le circuit répartiteur d'entrée correspondant 26 ou 27 ou 28 est adressé par l'intermédiaire du bus d'adresses 3 et du bus de données 4, du fait que les optocoupleurs 22 et les amplificateurs 19 sont appelés par l'intermédiaire du bus de données 12 de l'unité de travail. Les circuits répartiteurs d'entrée 26, 27, 28 sont appelés les uns apyres les autres, ils transmettent leurs signaux d'entrée mis en mémoire dans leurs bascules par l'intermédiaire des amplificateurs 18, des bus de données 11 de l'unité de travail, des optocoupleurs 13, du circuit d'adaptation 7 et du bus de données 4 à la mémoire 2.1 dont les positions de mémorisation sont activées selon la même succession, de sorte que la représentation des signaux d'entrée de l'unité de travail est requise par l'ensemble de mémoiresd'écriture/lecture 2. Grâce à ce mode de fonctionnement cyclique, un nombre de circuits minimal est nécessaire du fait que la formation d'interruptions et les circuits correspondants qui lui sont reliés ne sont plus nécessaires. Le mode de fonctionnement cyclique permet simultanément une meilleure sécurité contre les perturbations du fait qu'au cours d'intervalles de temps d'environ 10 ms, les processus d'entrée et de sortie se trouvent répétés, et il en résulte que des signaux erronés survenant lors d'urne entrée ou d'une sortie ne peuvent avoir aucun effet sur l'unité de travail car les relais électromagnétiques, les diodes et autres organes à commander ont des temps de réponse comparativement élevés et n'ont pas encore réagi.Avant que les éléments ci-dessus ne commutent le processus d'entrée et de sortie s'est déjà répété, et les erreurs provoquées par les influences perturbatrices externes précédentes sont éliminées. Grâce à ce fonctionnement avantageux, des perturbations se manifestant pendant des temps courts dans l'unité d'entrée/sortie 20 et dans les bus de données 10, 11 de l'unité de travail ou dans le bus d'adresses 12 de l'unité de travail sont rendues inopérantes, ce qui permet de disposer l'unité d'entrée/sortie 20 dans l'armoire de commande à courant fort 15 et de conduire les bus de données 10, ll -de l'unité de travail ou le bus d'adresses 12 de l'unité de travail depuis le boitier 14 protégé contre des perturbations jusqu'à l'armoire de commandeS- --courant fort 15. De même, les mesures qui étaient nécessaires jus qu'à présent pour éliminer les vibrations ou rebonds des signaux d'entrée ne sont plus nécessaires. j Les bus de données lo, 11 de l'unité de travail et le bus d'adresses 12 de l'unité de travail ne sont constitués que par quelques conducteurs (huit conducteurs chacun) qui ne sont subdivisés pour atteindre le nombre nécessaire de raccordements de l'unité de travail que dans l'unité d'entréeZsortie. I1 en résulte que les liaisons par câbles entre le boitier 14 contenant le dispositif de commande proram- mable et l'armoire de commande à courant fort 15 sont limitées à quelques cabales, et qu'également, le nombre d'optocoupleurs nécessaires 13, 21, 22 se trouve limité au même nombre réduit (8 optocoupleurs pour chaque bus de données ou d'adresses). En outre, un circuit distributeur supplémentaire qui était jusqu'à présent nécessaire n'a plus besoin d'être prévu dans l'armoire de commande à courant fort 15. Les raccordements de l'unité de travail sont établis directement avec l'unité d'entrée/sortie 20 et ils sont connectés pour que la fonction de distribution soit effectivement remplie. De ce fait, les liaisons par fiches peuvent également être supprimées, ce qui réduit le travail de montage et le coût de la maintenance. Dans l'ensemble, on réalise ainsi un couplage de l'unité de travail parti culièrement simple avec un dispositif de commande program mablg et qui garantit, en liaison avec le mode de fontionnement cyclique des entrées et sorties, une fiabilité élevée et un cotit de maintenance réduit. RIwENI)ICÂTIONS 1 - Circuit destiné à un dispositif de commande programmable à coupleur pour unité de travail,le dispositif de commande progratnmable comprenant une unité de calcul et un ensemble de mémoires de programme se compose d'une mémoire pour les données d'entrée et d'une mémoire pour les données de sortie,et étant relié par l'intermédiaire d'un interface et d'un bus d'adresses ainsi que d'un bus de données d'entrée/sortie à une unité d'entrée/sortie destinée au couplage avec l'unité de travail,avec insertion d'éléments de découplage galvaniques,en particulier pour la commande de machines-outils,caractérisé en ce que le dispositif de commande programmable est commandé par un générateur d'impulsions selon un cycle répétitif et qui comprend une première suite de liaisons de commutation (3) entre l'ensemble de mémoires de programme (2) et l'unité de calcul (1) et une seconde suite de liaisons de commutation (4) entre ensemble de mémoires de programme (2) et l'unité d'entrée/ sortie (20),l'unité d'entrée/sortie (20) étant disposéed & s l'armoire de commande de l'unité de travail et séparée du dispositif de commande programmable,le bus de données d'entrée/sortie (10,11) et le bus d'adresses (12) passant directement de l'interface (5) à l'armoire de commande de l'unité de travail qui n'est pas protégée contre des pertur- bations,des éléments de découplage galvaniques (13,21,22) étant montés seulement dans les conducteurs des bus (10,11, 12) entre l'interface (5) et l'unité d'entrée/sortie (20). 2 - Circuit selon la revendication 1,caractérisée en ce que l'unité d'entrée/sortie (20) disposée dans 1' armoire de manoeuvre de l'unité de travail remplit en même temps la fonction d'un circuit répartiteur (23,24,25)pour les conducteurs de l'unité de travail. 3-Circuit selon l'une des revendications 7 et 2,caractérisé en ce que les éléments de découplage galvaniques sont constitués par des optocoupleurs (13,21,22)qui sont montés sur les conducteurs des bus(ll)destinés aux données d'entrée avant leur raccordement avec l'interface(5),et sur les con ducteurtxdes bus(10,1Z)destinés aux données de sortie et aux adresses avant leur raccordement avec l'unité d'entrée/ sortie (20)