Brevet FR2431154A1 — publié le 19800208

L'invention se rapporte aux chaines informatique de surveillance et de commande du fonctionnement d'un ensemble de machines. Dans l'art antérieur de la conduite d'ateliers, le dialogue entre le système informatique et l'usager et le dialogue entre le système et les machines s'effectuent habituellement au moyen de deux types de terminaux distincts Seul le premier type comporte un pupitre de dialogue avec l'usager le second étant programmé à partir d'un centre de calcul, de grande puissance qui gère l'ensemble des communications et des traitements du système. Si les terminaux du second type se raccordent directement par une liaison série avec les automates programmables, ceux-ci comportant habituellement à cet effet des coupleurs de liaison série normalisés, il n'en est pas de même pour les armoires de commande classiques à relais, pour lesquelles il doit être prévu une liaison en étoile, comportant autant de fils que de signaux à transmettre. La liaison entre les différents terminaux de la chaîne de surveillance est généralement obtenue â l'aide de câbles formant des conducteurs omnibus, enterrés dans des tranchées. Cette conception antérieure des chaines de surveillance et de commande ne confère pas une universalité suffisante, comptetenu de la très grande diversité des acquisitions de données et des traitements à effectuer, de la variété des fabrications et de ltévolution dans le temps des problèmes qu'elles posent. Elle aboutit à une centralisation excessive, à un coût élevé en matériel et en logiciel, et à une certaine rigidité des installations, longues à mettre au point et aya#nt tendance à prendre un caractère définitif. L'invention se propose de supprimer ces inconvénients et d'augmenter la flexibilité, la facilité d'emploi et l'universabilité des chaînes de surveillance et de contrôle, tout en réduisant leur coût. Suivant l'invention, ces résultats sont principalement obtenus en faisant comporter à la chaîne :une pluralité de terminaux d'acquisition automatique et/ou de commande situés à proximité des machines et comportant chacun au moins un opérateur spécialisé de communication avec les machines et un opérateur spécialisé de communication entre terminaux; une liaison téléphonique du type série , en boucle fermée , a laquelle lesdits terminaux sont connectés en parallèle et, pour chaque terminal, une liaison téléphonique du type série sur laquelle sont raccordés en parallèle les organes locaux de conduite de plusieurs machines par l'intermédiaire d'unités d'interface aptes à effectuer la conversion parallèle/série et l'adaptation électrique à l'organe local en fonction du type d'information à saisir ou à émettre. Grâce à cette conception originale, les utilisateurs potentiels du système disposent de terminaux "universels" aptes à effectuer la saisie automatique et, lorsque les terminaux comportent en outre un opérateur de dialogue avec l'usager, la saisie manuelle d'information et d'une organisation des communications qui fait appel à des liaisons normalisées et indépendantes de la nature des signaux au niveau des machines. Cette conception sacrifie évidemment quelque peu la rapidité de la liaison et exige que les actions rapides soient effectuées au niveau des armoires locales de commande, mais il s'est avéré que ceci ne constitue pas un inconvénient notable dans de très nombreuses applications.L'usager dispose finalement d'éléments standard susceptibles d'être~adaptés rapidement à ses besoins propres et assemblés entre eux pour constituer des ensembles allant par exemple du chronomètre enregistreur multi-voies à la chaîne de surveillance hiérarchisée, en passant par la station de diagnostic. Les coûts des raccordements sont négligeables et l'installation peut être modifiée facilement. Suivant un mode d'exécution préféré, la liaison des différents terminaux entre eux et avec un poste central éventuel s'effectue suivant la disposition, connue en soi, dite à "maître tournant". L'application nouvelle de ce mode de communication à la conduite automatique des ateliers permet de ne pas priviligier le poste central et même de s'en passer dans certains cas. Les diverses caractéristiques, ainsi que les avantages de l'invention, apparaîtront clairement à l'aide de la description ci-après. Au dessin annexé : La figure 1 est un schéma de principe d'une chaîne de conduite de machines conforme à l'invention; La figure 2 est un schéma fonctionnel d'un opérateur de communication avec les machines que comporte une telle chaîne; La figure 3 est un schéma destiné à illustrer le mode de communication à "maitre tournant" et, La figure 4 représente schématiquement un mode d'exécution particulier d'un opérateur de communication entre terminaux. A la figure l, on a représenté un dispositif de surveillance et, éventuellement, de commande d'un ensemble de machines qui comprend : - un poste central PC installé sur un chariot placé dans l'atelier et composé d'un mini-ordinateur tel que le PHILIPS P 856 de 32 K mots, muni d'une mémoire de masse constituée par des cassettes et d'une imprimante; - des pupitres d'acquisition et de commande, PAC i, PAC 2, PAC 3, etc... situés a proximité des machines.Ces pupitres sont avan tageusement du type décrit dans la demande de brevet français déposée le même jour par la Demanderesse, pour : Pupitre d'ac quisition de données comportant un opérateur spécialisé de dialogue avec l'usager''0 - des interfaces entre les pupitres et les armoires de commande de machines MAC 1, MAC 2~.. MAC 7. Pour un premier et un troisième groupes (GR I et GR 3) de machines, par exemple, celles-ci sont équipées d'armoires classiques de commande à relais. Dans ce cas, comme on llexpli- quera dans la suite, il ntest pas possible de réaliser directement une liaison série avec les pupitres et, par conséquent, l'on a prévu des boîtiers d'adaptation électrique d'entrée et éventuellement de sortie, BAE 1, BAE 2.. BAE 5 Par contre, dans le second groupe GR 2, les machines étant équipées d'automates programmables comportant des coupleurs de liaison série normalisés CLS, la liaison série directe avec les pupitres est possible. En définitive, des liaisons téléphoniques série du type à boucle de courant , sont établies entre le poste central et les pupitres, et entre chaque pupitre et les organes de commande des machines. De telles liaisons ont un débit de 9600 bauds et sont faciles à installer et à modifier avec des coûts réduits. A titre d'exemple, le dispositif pourra comporter jusqu'à dix pupitres reliés chacun à plusieurs machines; la paire téléphonique de liaison entre poste central et/ou pupitres, ainsi que chaque paire de liaison entre un pupitre et les machines, ayant par exemple 300 mètres de longueur. A la figure 2, on a représenté deux boîtiers d'adaptation d'entrée i, 2 et deux boîtiers d'adaptation de sortie 3, 4. Chaque boîtier d'adaptation d'entrée comporte huit entrées E 1 à E 8, et chaque boîtier d'adaptation de sortie comporte huit sorties S 1 à S 8. Ces entrées et ces sorties sont reliées aux machines correspondantes au moyen d'organes coupleurs opto-électroniques qui assurent l'isolement. Le pupitre d'acquisition et de commande 5 comporte un opérateur (non figuré) qui gère les échanges d'information entre le pupitre et les boîtiers et comporte, à cet effet, une unité de gestion qui exécute automatiquement la suite des commandes contenues dans une table de la mémoire utilisateur. Chaque commande commence par l'émission, sur une première ligne, de l'adresse du boîtier sélectionné. Sur une autre ligne, sont alors transmises, les données associées (le sens de la transmission et le nombre d'octets étant spécifiés dans les paramètres de la commande). En fin d'exécution de chaque commande, l'unité de gestion débloque, par l'intermédiaire d'une autre table de commande, le programme utilisateur qui avait émis la commande. On a représenté à la figure 2, un émetteur 50 dont est muni l'opérateur du pupitre de commande, et qui émet les adresses vers les récepteurs 20 - 30 des boîtiers; un émetteur 51 qui émet des consignes vers un récepteur 31 des boîtiers d'adaptation de sortie et un récepteur 52 qui reçoit des données d'un émetteur 22 des boîtiers d'adaptation d'entrée. Les émetteurs étant reliés aux récepteurs correspondants par des liaisons série (telles que définies ci-dessus), les données (véhiculées dans le pupitre par un bus 53) et les adresses (véhi#culées dans le pupitre par un bus de contrôle 54) doivent être converties au moyen d'un coupleur parallèle-série d'émission et de réception (désigné "UART1') à savoir, 55 pour les données et les consignes, 56 pour les adresses. Dans le boîtier d'adaptation d'entrée 2, le numéro capté sous la forme série par le récepteur 20 est converti en information parallèle dans un UART 23 et comparé, par un circuit logique 24, au numéro du boîtier affiché en NE 2. Lorsqu'il y a coznci- dence, cette information,fournie par le circuit logique sous la forme parallèle et remise sous la forme série par 1'UART, déclenche l'émetteur 22, qui transmet alors au récepteur 52 les données provenant de la machine et appliquées aux entrées E î à E 8 de l'organe de couplage 21. De même, dans le boîtier d'adaptation de sortie 3, le numéro de botier est reçu par le récepteur 30, mis sous la forme parallèle par QUART 32, et comparé au numéro NS 3 du boîtier dans le circuit logique 33, lequel débloque le récepteur 31 par l'intermédiaire de 1'UART 34. Les consignes captées par le récepteur 31 sont alors introduites dans une mémoire 35 dont les sorties S 1 à S 8 sont raccordées à la machine. La réalisation des différents organes des boîtiers 2 et 3 est à la portée de l'homme de l'art. Les échanges d'information entre les différents pupitres et, éventuellement, avec le poste central, sont, comme on l'ex- pliquera dans la suite, gérés par un opérateur spécialisé qui se trouve dans chaque pupitre Un tel opérateur se trouve aussi dans le poste central lorsque celui-ci existe, le poste central se comportant, de ce point de vue, comme un simple pupitre, et ne jouissant d'aucune priorité spéciale. Dans de petites configurations, on pourra ainsi envisager de supprimer le poste central, les fonctions de traitement étant alors exécutées au niveau des pupitres et une mémoire de masse étant au besoin raccordée à ces derniers. A la figure 3, on a représenté des pupitres 6,7, o, 9 ayant chacun une sortie d'émission E et une entrée de réception R. Dans ce schéma, le pupitre 6 est en mode "maître" et sa sortie E est alors reliée à une ligne d'émission 10, à laquelle sont reliées les entrées R des autres pupitres, qui se trouvent en mode "esclave". Les sorties E de ces autres pupitres et l'entrée R du pupitre 6 sont reliées à une ligne de réception 11. On voit donc que la liaison entre pupitres comporte en définitive deux paires téléphoniques (symbolisées ensemble par un seul trait à la figure 1 et formant chacune une boucle fermée). Comme on le verra, chacun des pupitres peut être maître à tour de rôle, tous les autres étant esclaves. Le pupitre maître est celui qui peut exécuter la suite des commandes contenues dans une table (non figurée) de la mémoire "utilisateur" du micro-ordinateur de traitement que comporte le pupitre. Cette table de commande du mode maître, convenablement programmée par l'utilisateur, contient des ordres de lecture d'une zone de mémoire d'un pupitre esclave, des ordres d'écriture dans une zone de mémoire d'un pupitre esclave, et des ordres de lancement d'un programme utilisateur d'un pupitre esclave. (La mémoire "utilisateur" comportant, à cet effet, une table de commande des programmes utilisateurs en attente). Afin d'éviter que plusieurs pupitres esclaves émettent en même temps sur la ligne de réception, la procèdure du dialogue est la suivante Le pupitre maître envoie un caractère de synchronisation et, conformément au programme défini par la table de commande du mode maître, un "préambule" comportant le numéro du pupitre esclave qui devra travailler, l'ordre à exécuter et l'adresse et le nombre d'octets de la zone de mémoire où une écriture ou une lecture doit être exécutée. L'esclave concerne exécute ces ordres, tandis que les autres esclaves rangent en mémoire le préambule et restent à l'écoute, soit d'un caractère de synchronisation si l'ordre envoyé est une lecture, soit du nombre d'octets transmis s'il s'agit d'une écriture. Lorsque le pupitre esclave concerné par l'ordre a exécuté celui-ci, il se remet à l'écoute d'un caractère de synchronisation. Le pupitre maître contrôle l'écho du préambule renvoyé par le pupitre esclave concerné. Lorsque la table de commande du mode maître est vide, le pupitre maître émet un préambule spécial de passage du mode maître à un autre pupitre, dont le numéro est défini par la mémoire "utilisateur". La figure 4 montre un mode d'exécution particulier de l'opérateur spécialisé de communication inter-pupitres que comporte chaque pupitre. Cet opérateur comporte deux séquenceurs logiques programmables 12, 13, un UART 14, un circuit émetteur de ligne et de commutation maître-esclave 15 et un circuit récepteur de ligne et de commutation maître-esclave 16. Chacun des séquenceurs 12 et 13 est un dispositif appelé FPLS, d'après sa désignation anglo-saxonne "Field Programmable Logic Sequencer"o Le premier (13) remplit une fonction d'aiguillage, c'est-à-dire qu'en fonction des informations venant des organes 15 - 16 à travers l'organe 4, et venant de la table de commande du mode maître, qui fait partie des mémoires 17 du micro-ordinateur de traitement, il détermine si le pupitre consi déré travaille actuellement en mode maître ou en mode esclave. Le second séquenceur (12) gère effectivement l'échange de données sur le bus de données 18 (le bus 19 est le bus de contrôle de mémoire). Le circuit 15 joue le rôle d'un émetteur branché sur la ligne d'émission (10) ou sur la ligne de réception (11), suivant que le pupitre travaille selon le mode maître ou selon le mode esclave, un signal de commutation étant appliqué en 15 a par le séquenceur 13. Le circuit 16 joue le rôle d'un récepteur branché sur la ligne de réception (11) ou sur la ligne d'émission (10) suivant que le pupitre fonctionne selon le mode maître ou selon le mode esclave, un signal de commutation étant appliqué en 15 b par le séquenceur 13. En pratique, les circuits 15 et 16 comportent respectivement deux émetteurs distincts et deux récepteurs distincts, reliés en permanence aux deux lignes respectives et dont le signal de commutation valide un seul. Pour les émetteurs, il s'agira par exemple du circuit SN 75 109 commercialisé par la Société Texas Instrusents et, pour les récepteurs, du circuit SN 75 107. Il doit être bien compris que les circuits particuliers mentionnés en se référant aux figures 2 et 4 ne sont pas limitatifs et quelles opérateurs spécialisés de communication avec les machines et de communication inter-pupitres pourraient être constitués par d'autres moyens équivalents. L'invention consiste essentiellement en une architecture originale d'une chaîne informatique de conduite d'ateliers, basée sur l'association de terminaux comportant au moins les opérateurs spécialisés mentionnés ci-dessus,et sur l'établissement des communications au moyen de liaisons téléphoniques du type série Lorsque cette chaîne est destinée à la surveillance, elle comporte, en outre, un opérateur spécialisé de dialogue avec l'usager qui fait plus particulièrement l'objet de la demande de brevet déjà citée. REVENDICATIONS 1. Dispositif informatique associé à un ensemble de machines et comportant des terminaux d'acquisition automatique de données et/ou de commande et des liaisons de ces terminaux entre eux et avec des organes locaux de conduite des machines auxquels ils sont associés, caractérisé en ce que chaque terminal comporte au moins un opérateur spécialisé de communication avec lesdits organes locaux et un opérateur spécialisé de communication entre terminaux, en ce que les terminaux sont reliés entre eux par une liaison téléphonique du type série formant une boucle fermée et en ce que chaque terminal est relié à un groupe d'organes locaux par une liaison téléphonique du type série par 1' intermédiaire d' unités d'interface aptes à effectuer la conversion parallèle/série et l'adaptation électrique à organe local en fonction du type d'information à saisir ou à émettre. 2. Dispositif informatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque unité d'interface comprend des moyens de recevoir l'adresse de l'organe local avec lequel la liaison doit être établie, de comparer cette adresse à celle de chacun des organes locaux branchés en parallèle sur ladite liaison série et d'autoriser,lorsqu'il y a colncidence, la réception ou 1'émission d'informationsou d'ordres par organe local sélectionné et des moyens de transformer les informations "série" transmises par la liaison en informations '!parallèle" de sortie ou d'entrée desdits organes locaux, et réciproquement, et en ce que chaque opérateur spécialisé de communication avec les organes locaux comprend lui-même des moyens de conversion des informations de parallèle à série et réciproquement. 3. Dispositif informatique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite liaison téléphonique en boucle fermée comprend une ligne bifilaire dite d'émission et une ligne bifilaire dite de réception, chaque terminal comportant un organe d'émission, un organe de réception, et des moyens d'établir une communication suivant l'un ou l'autre de deux modes dont l'un, appelé "maître" correspond à la liaison de l'émetteur du poste terminal considéré avec la ligne d'émission et de son récepteur avec la ligne de réception, tous les autres terminaux travaillant alors selon un mode appelé "esclave" dans lequel leur émetteur est relié à la ligne de réception, tandis que leur récepteur est relié à la ligne d'émission. 4. Dispositif informatique selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens de conversion de parallèle à série et réciproquement, comprennent des coupleurs parallèlesérie d'émission et de réception du type "UART" et que l'opérateur de gestion de la communication entre terminaux comprend des séquenceurs logiques programmables du type "FPLS".