Brevet FR2456966A1 — publié le 19801212

La présente invention concerne un système modulaire pour la réalisation de commande d'automatismes, destinés a régir le fonctionnement séquentiel de machines ou installations automatiques de toutes sortes. On sait que toute machine ou installation automatique, qu'elle soit mécanique, pneumatique, hydraulique ou électronique, comporte une partie opérative, souvent appelée partie puissance et destinée a assurer la transformation de la matière d'oeuvre, et une partie de commande, assurant la bonne marche de la partie opérative. On sait par ailleurs que le fonctionnement d'un automatisme (machine ou installation automatique) peut être représenté graphiquement , selon un langage clair et normalisé dénommé GRAFCET (norme DIN 497 - 1916 et recommandations AFCET) par un ensemble d'étapes, de transitions et de liaisons orientées.Une étape correspond a une situation de l'automatisme dans laquelle le comportement de la partie de commande, en partie ou en totalité, est invariant par rapport a ses entres et a ses sorties, alors qu'une transition correspond a une possibilité d'évolution de l'état dudit automatisme , une liaison orientee (généralement un arc) étant représentative d'une relation entre une étape et une transition, ou entre une transition et une étape. Ainsi, le GRAFCET d'un automatisme correspond en quelque sorte au schéma synoptique de la partie commande, ou plus simplement de la commande, dudit automatisme. Pour permettre le passage de ce schema synoptique a la réalisation pratique d'une telle commande, on a déjà pensé a réaliser des modules susceptibles d'être câblés entre eux ou pouvant s'assembler sous la forme d'un registre a programme. Un tel module est par exemple décrit dans le brevet français N076 31654 (2 368 754). Ces modules connus sont susceptibles d'effectuer des fonctions (oui, non, et, ou, inhibition, ni, non et, etc...) et/ou d'être assimilés a des mémoires. Cependant, tous les types de ces modules connus présentent des inconvénients . Tout d'abord, du fait de leur structure interne, et en fonction d'elle, ils nécessitent une étude, complète pour les premiers , partielle pour les seconds , de la commande d'automatisme à construire , pour déterminer la ou les fonctions que chacun d'eux est susceptible de réaliser et qui ne recouvrent jamais une étape ou transition complète du GRAFCET ou un ensemble de celles-ci. I1 est donc indispensable d'une part, que la construction de cette commande à partir du schéma synoptique, soit réalisée par un spécialiste et, d'autre port, qu'un câblage (électrique, pneumatique, hydraulique ou mécanique) soit effectué entre la totalité ou une partie desdits modules.De plus,pour les memes raisons, en cas de panne d'une installation automatique, la réparation ne peut également être effectuée que par un specialiste et elle est longue et fastidieuse, ce qui entraine des coûts d'entretien élevés et des temps d'immobilisation importants. Par ailleurs, le prix de revient estimatif d'une commande est difficile a déterminer puisqu'il nécessite l'étude ci-dessus mentionnée. Les calculs de devis sont donc fastidieux et coûteux. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Elle concerne des modules qui, en liaison avec le GRAFCET d'une commande d'automatisme, permettent - la réalisation pratique de ladite commande sans étude préalable - la suppression de tout câblage entre les modules - la suppression des calculs fastidieux de devis - la réduction maximale des temps d'immobilisation des installations automatiques en cas de panne - la réalisation pratique de la commande par un personnel non spécialisé. A cette fin selon l'invention, le système modulaire pour la réalisation d'une commande d'automatisme a partir d'un graphique définissant ledit automatisme sous la forme d'un ensemble d'étapes, de transitions et de liaisons orientées, est remarquable en ce qu'il comporte une pluralité de modules de base dont chacun d'eux est associé une étape dudit graphique, chaque module de base comportant une sortie sur laquelle il est capable de faire apparaître un signal de début d'étape, une entrée susceptible de recevoir un signal de fin d'étape, une entrée et une sortie constituant une ligne d'inscription, ainsi qu'une entrée et une sortie constituant une ligne d'effacement, lesdits modules étant assemblés selon une chaîne telle que l'entrée d'inscription et la sortie d'effacement d'un mible intermediaire soient respectivement a la sortie d'inscripticnet a l'entrez d'effacement du module précédent, tandis que l'entrée d'effacement et la sortie d'inscription dudit module sont respectivement reliés a la sortie d'effacement et a Itentrée d'inscription du module suivant et que les différentes entrées et sorties de début et de fin d'étape sont reliées aux organes correspondant de la partie opérative de l'automatisme, la structure interne de chaque module de base étant telle que la réception d'un signal sur son entrée d'inscription provoque l'activation dudit module, l'émission d'un signal de début d'étape sur la sortie correspondante et l'émission d'un signal d'effacement sur la sortie correspondante, alors que la réception d'un signal sur son entrée de fin d'étape provoque l'émission d'un signal d'inscription sur la sortie correspondante lorsque le module est activé, et que la réception d'un signal sur l'entrez d'effacement provoque la désactivation dudit module. Ainsi, contrairement aux modules connus qui exécutent différentes fonctions ou qui agissent comme des mémoires, et qui peuvent donc fonctionner individuellement, chaque module de base (ou module étape) selon l'invention ne peut assurer individuellement aucune fonction. En revanche, il constitue l'élément fondamental de la chaîne d'automatisation. La chaîne de module de bases selon l'invention forme un registre d'étapes a impulsion unique dans lequel il suffit d'insérer des modules de transitions ou de liaisons pour obtenir le GRAFCET désiré. De préférence, chaque module d'étape, de transition et de liaison est constitué par un bloc sur une face duquel apparaît, en symbole CES , la portion du schéma synoptique BUCET correspondante, alors que tous ces modules sont associables les uns avec les autres. Ainsi, pour réaliser concrètement un GRAFCET, il suffit d'assembler des blocs modules de façon a e que le dessin GRAFCET formé par les portions assemblés de schéma portées sur lesdits blocs-modules soit identique au schéma a réaliser. Avantageusement, chaque module d'étape comporte une capacité pouvant être chargée depuis l'entrée d'inscription à travers un dispositif anti-retour, la sortie d'effacement et la sortie de début d'étape entant reliée a ladite entrée d'inscription, tandis que l'état de ladite capacité commande un dispositif de blocage disposé entre l'entrée de fin d'étape et la sortie d'inscription et que cette capacité peut se décharger a travers une résistance sous la commande d'un autre dispositif de blocage commandé par l'entrée d'effacement. Comme on le verra par la suite, un tel module étape peut facilement être réalisé en pneumatique, hydraulique et électricité. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 donne le schéma synoptique d'un module étape selon l'invention. La figure 2 montre un registre constitué par une chaîne de modules d'étape de la figure 1. La figure 3 montre en perspective un bloc contenant un module d'étape selon l'invention. La figure 4 donne la représentation schématique du bloc de la figure 3,utilisée sur les figures 6, 7, 8, 10, 11 et 12. La figure 5 montre en perspective un bloc contenant un module de transition selon l'invention. Les figures 6, 7 et 8 sont des exemples schématiques de portions de commande d'automatisme à base de modules d'étape et de modules de transition. La figure 9 montre en perspective un exemple d'une partie de commande d'automatisme réalisée par l'assemblage de modules selon l'invention. Les figures 10, 11 et 12 sont des schémas synoptiques de parties de commande d'automatisme correspondant a des conjonctions, des disjonctions et a des modules d'extrémité. La figure 13 donne un exemple symbolique de réalisation d'un module d'étape selon l'invention. Les figures 14 et 15 montrent, en coupe, la réalisation du module de la figure 13 en pneumatique ou hydraulique. La figure 16 donne le schéma de la réalisation électronique du module de la figure 13. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. Le module de base ou module étape selon l'invention, représenté schématiquement sur la figure 1 et désigné par la référence M, comporte une sortie D sur laquelle il est capable de faire apparaître un signal de début d'étape, une entrée F susceptible de recevoir un signal de fin d'étape, une entre I1 et une sortie I2 constituant une ligne d'inscription, ainsi qu'une entrée E1 et une sortie E2 constituant une ligne d'effacement.La structure interne du module M, dont des exemples de réalisation sont donnés ci-après, est telle que - la réception sur l'entrée I1 d'un signal d'inscription provoque - l'activation dudit module - l'émission d'un signal de début d'étape sur la sortie D - l'émission d'un signal d'effacement sur la sortie E2 - la réception sur l'entrée F d'un signal de fin d'étape provo que - l'émission d'un signal d'inscription sur la sortie I2, si le module est activé - la réception sur l'entrée E1 d'un signal d'effacement pro voque - la désactivation dudit module M. Ainsi, si conformément à la figure 2, on réalise une chaîne de modules Mn, Mm, Mo, M , etc... tous identiques au module M de sorte que l'entrée E1 et la sortie I2 d'un desdits modules soient respectivement reliées a la sortie E2 et à l'entrée E1 du module le suivant directement, on obtient un registre d'étape à impulsion unique dans lequel - la réception d'un signal d'inscription provenant d'un module précédent provoque - l'activation du module suivant - l'émission du signal de début d'étape par ledit module suivant - l'effacement du module précédent, alors que, la réception du signal de fin d'étape sur l'entrée F d'un module, provoque l'émission du signal d'inscription du module suivant Ainsi, l'émission du signal d'inscription par un module provoquant l'effacement du module précédent, le signal de sortie ne peut être qu'une impulsion dont la durée est fonction de la rapidité d'effacement des modules. Bien entendu, dans le registre d'étapes de la figure 2, les différentes entrées D et F des différents modules M sont reliées à des détecteurs correspondants (non représentés) de la partie puissance de l'automatisme. Le registre d'étapes à impulsion unique de la figure 2 est donc tel que le module M d'ordre n ne peut émettre le signal impulsif du début de l'étape n qu'à condition que l'automatisme soit à l'étape n-l et que le module M d'ordre n reçoive le signal de la fin de l'étape n-l. De plus, l'émission du signal du début de l'étape n a pour conséquence immédiate d'entraîner la désactivation du module associe à l'étape n-l. En conséquence, dans le registre de la figure 2, à un instant donné, tous les modules précédant et suivant le module associé à l'étape n en cours d'opération sont desactivés et seul ce module est activé. I1 en résulte que la réception de signaux divers, par exemple par leurs entrées D et F, par lesdits modules désactivés est sans incidence : seul le signal de la fin d'étape n pourra faire passer à l'étape n+l. On remarquera par ailleurs que le registre de la figure 2 n'a pas besoin d'être armé au démarrage du fonctionnement de l'automatisme et qu'il conserve, en cas de rupture d'alimentation ou d'arrêt de toute nature, l'état du cycle au moment dudit arrêt. On voit ainsi que l'on peut associer à un schéma GRAFCET à n étapes, un registre conforme à la figure 2 et dont chaque module M est associé à l'une desdites étapes.Comme le montre la figure 3, chaque module M peut se présenter sous la forme d'un bloc B emboîtable avec d'autres blocs et sur lequel est figuré le symbole GRAFCET S. La figure 4 donne le schéma symbolique d'un bloc B, utilisé ci-après. Ainsi, chaque module étape M du registre de la figure 2, remplira une fonction étape du schéma GRAFCET. Pour pouvoir réaliser pratiquement la commande d'automatisme correspondant a ce schéma, il est nécessaire d'intercaler entre au moins certains des modules consécutifs du registre, des transitions et de prévoir des liaisons entre divers registres d'un même GRAFCET. Chacune de ces transitions et/ou liaisons est enfermée dans un module,associable avec les modules M de façon que les liaisons indispensables de module à module soient assurées et sur lequel est illustré, en symbole GRAFCET la transition ou la liaison effectuée. La figure 5 montre, à titre d'exemple, un bloc module TS de transition simple, qui, comme illustré par la figure 6, peut s'intercaler entre deux blocs B. De telles transitions simples sont de simples blocs permettant le passage des lignes d'inscription et d'effacement d'un module M au suivant et insérés entre deux blocs B d'étapes. Dans ces blocs T S, reliés à l'entrée F du bloc B précédent arrivera le signal de fin étape précédente qui constitue la transition. Les transitions entre deux blocs B peuvent également être logiques. Dans ce cas, on prévoit des blocs TL dans lesquels sont inclus des cellules logiques adéquates . La figure 7 donne un exemple d'un tel bloc TL. De même, on peut prévoir des blocs CL de combinaisons logiques insérés entre un bloc étape B et un bloc transition TS ou TL et dans lesquels sont prévues les cellules logiques adéquates. La figure 8 donne un exemple de bloc CL. Sur chacun des blocs utilisés est dessinée sa fonction synoptique. Ainsi, le système modulaire selon l'invention, permet, en assemblanl des modules associables, la construction simple d'une commande d'automatisme à partir d'un schéma synoptique CB2RS, par simple reconstitution de celui-ci par l'association des symboles portés sur-chaque bloc B, TL, TS, CS, etc... On obtient alors un ensemble par exemple du type de celui illustré par la figure 9. D'autres modules que ceux mentionnés précédemment peuvent être prévus, notamment pour réaliser les liaisons et effectuer les fonctions de conjonction et de disjonction et pour réaliser les étapes initiale et finale. Les figures 10, 11 et 12 illustrent respectivement de tels blocs , la figure 10 se rapportant à la conjonction, la figure 11 à la disjonction et la figure 12 aux étapes initiale et finale. La simplicité de la construction d'une commande d'automatisme selon 1' invention, par simple reconstitution du schéma synoptique GRT- au moyen des symboles portés par les différents blocs définis ci-dessus, est due à la structure et au fonctionnement des modules M (bloc B) . La figure 13 illustre schématiquement un exemple d'une telle structure. Dans le module M de la figure 13, l'entrée d'inscription I1 et les sorties d'effacement E2 et de début d'étape D sont reliées entre elles. De plus, leur point commun 1 est relié à une capacité 2 par l'intermédiaire d'un élément anti-retour 3. Par ailleurs, la capacité 2 est reliée à l'entrée d'effacement E1 par l'intermédiaire d'un élément résistant 4 et d'un élément de décharge 5. Enfin, entre l'entrée F d'un signal de fin d'étape et la sortie d'inscription 12 est prévu un élément de blocage de circuit 6, commandé par l'état de la capacité 2. La réception d'un signal d'inscription sur l'entrée I1 d'un module Mi , provenant du module précédent Mi-l provoque - l'émission du signal de début d'étape par la sortie du module Mi, - l'émission du signal de déblocage (de la façon décrite ci-apres) de la capacité 2 du module Mi-l par la sortie E2, - la charge rapide de la capacité 2 du module Mi, à travers l'élément anti-retour 3, ce qui active ledit module Mi. L'élément anti-retour 3 et l'élément de décharge 5 empêchent toute décharge de la capacité 2 du module Mi, lors de l'arrêt du signal d'inscription sur l'entrée I1. Par ailleurs, la charge de la capacité 2 du module Mi, c'est-à-dire l'activation de ce dernier, provoque le déblocage du circuit d'inscription du module suivant Mi+l , par commande de l'élément de blocage de circuit 6. Le déroulement de l'étape a donc lieu. Lorsque celui-ci s'achève, le signal de fin d'étape apparaissant sur l'entrée F pourra donc franchir l'élément de blocage 6, qui se trouve alors débloqué, pour aller inscrire l'étape suivante dans le module Mi+l, ce qui aura par ailleurs pour effet immédiat d'envoyer un signal d'effacement sur l'entrée E1 du module Mi. L'élément de décharge 5 est débloqué par ce signal d'effacement et la capacité 2 peut se décharger a travers l'élément résistant 4. Dès que la charge restante dans la capacité 2 atteint le seuil de commande de l'élément de blocage 6, celui-ci se rebloque et arrête l'émission- du signal d'inscription en direction du module Mi+l. I1 en résulte l'arrêt du signal de début de l'étape i+l, ce qui est sans conséquence puisque cette information a déjà été prise en compte par la mémoire correspondante de la partie opéra- tive de l'automatisme. On remarquera que le signal de début d'étape émis par les modules M est du type à impulsion unique, définie par la courbe de décharge de la capacité 2 des modules M et par le seuil -de déclenchement de l'élément de blocage 6 de ceux-ci. La charge des capacités 2 doit être plus rapide que la décharge de celles-ci, afin de ne pas entraîner une dégénérescence de la charge des capacités en fonction du nombre des modules M. Sur les figures 14 et 15, on a représenté en coupe la structure d'un bloc-module d'étape en hydraulique ou en pneumatique. On y voit que la capacité 2 est réalisée par une cavité, que la résistance est formé par un orifice étroit, que les dispositifs anti-retour sont constitués par des clapets et qu'on utilise des différences de force aux extrémités d'un élément (dimensions différentes des clapets) pour la réalisation des mouvements des billes. Ainsi, un module étape pneumatique ou hydraulique selon l'invention peut être simplement constitué par un bloc foré de trous adéquats, dans lequel sont disposées quelques clapets maintenus dans leur logement par des guides. Dans la réalisation électrique de la figure 16, la capacité 2 est formé par un condensateur, tandis que le dispositif anti-retour 3 est formé par une diode et que les éléments de blocage sont formés par des transistors. Le système selon l'invention permet donc - la suppression de l'étude des automatismes, - la suppression de tout câblage de la partie traitement. I1 suffit de brancher les entrées et les sorties des modules, - la suppression des calculs fastidieux de devis. Le prix de revient d'une installation devient égal au produit d'une constante par le nombre d'étapes, - un gain de place considérable par sa compacité - la réduction au minimum des temps d'immobilisation des installations en cas de panne. En effet, en cas de panne à une étape, il suffit de démonter les boîtiers des éléments n et n+l pour les remplacer par des éléments neufs et l'ins tallation reprendra aussitôt sa fonction .Eventuellement,un test d'entretien permettra de n'éliminer que le boîtier défaillant - de plus, en raison de la simplicité de mise en oeuvre, il peut être exploité par des personnes non spécialisées. REVENDICATIONS 1.- Système modulaire pour la réalisation d'une commande d'automatisme à partir d'un graphique définissant ledit automatisme sous la forme d'un ensemble d'étapes, de transitions et de liaisons orientées, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de modules de base dont chacun d'eux est associé à une étape dudit graphique, chaque module de base comportant une sortie sur laquelle il est capable de faire apparaître un signal de début d'étape, une entrée susceptible de recevoir un signal de fin a'étape, une entrée et une sortie constituant une ligne d'inscription, ainsi qu'une entrée et une sortie constituant une ligne d'effacement, lesdits modules étant assemblés selon une chaîne telle que l'entrée d'inscription et la sortie d'effacement d'un module intermédiaire soient respectivement reliées à la sortie d'inscription et à l'entrée d'effacement du module précédent, tandis que l'entrée d'effacement et la sortie d'inscription dudit module sont respectivement reliées à la sortie d'effacement et à l'entrée d'inscription du module suivant et que les différentes entrées et sorties du début et de fin d'étape sont reliées aux organes correspondant de la partie opérative de l'automatisme, la structure interne de chaque module de base étant telle que la réception d'un signal sur son entrée d'inscription provoque l'activation dudit module, l'émission d'un signal de début d'étape sur la sortie correspondante et 1 'émission d'un signal d'effacement sur la sortie correspondante qui a pour conséquence de stopper l'émission du signal de début d'étape qui est donc impulsif, alors que la réception d'un signal sur son entrée de fin d'étape provoque l'émission d'un signal d'inscription sur la sortie correspondante lorsque le module est activé, et que -la réception d'un signal sur l'entrée d'effacement provoque la désactivation dudit module. 2.- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des modules de transition et de liaison associés aux modules d'étapes. 3.- Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque module d'étape, de transition et de liaison est constitue par un bloc sur une face duquel figure le dessin de l'étape, de la transition et de la liaison correspondantes et en ce que tous ces modules sont associables les uns avec les autres. 4.- Module pour la réalisation du système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 5.- Module selon la revendication 4, destiné à memoriser un état de manière métastable, caractérisé en ce qu'il comporte une capacité pouvant être chargée depuis l'entrée d'inscription à travers un dispositif anti-retour, diverses sorties pouvant être reliées à ladite entrée d'inscription, tandis que l'état de ladite capacite commande un premier dispositif de blocage et que cette capacité peut se décharger à travers une résistance sous la commande d'un second dispositif de blocage. 6.- Module selon la revendication 5,destiné à représenter une étape, caractérisé en ce que la sortie d'effacement et la sortie de débutd'étape sont reliées àl'entrée d'inscription, en ce que le premier dispositif de blocage est disposé entre l'entrée de fin d'étape et la sortie d'inscription et en ce que le second dispositif de blocage est commandé par l'entrée d'effacement.