Brevet FR2474790A1 — publié le 19810731

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRANSMISSION BIDIRECTIONNELLE D'INFORMATIONS LOGIQUES, A HAUTE IMMUNITE AUX PARASITES La présente invention concerne un procédé et un dispositif de transmission série, bidirectionnelle, rapide, sur lignes bifilaires blindées (du type "twinax") d'informations logiques échangées entre plusieurs équipements connectés sur la meme ligne, présentant une haute immunité aux parasites. Elle s'applique, en particulier, aux échanges d'informations logiques sous forme de messages, entre l'unité centrale d'un ordinateur et une pluralité de périphériques, tels que : écran de visualisation, imprimantes. Dans tout ce qui suit, nous conviendrons d'appeler "message" les informations logiques échangées entre les divers équipements. L'emploi de lianes de transission présente de sérieuses difficultés dès qu'elles atteignent des longueurs hectométriques ou kilométriques, surtout dans les ambiances industrielles où les conmutations de fortes puissances electliclues provoquent des parasites importants. De plus, la disparité des pries de terre utilisées sur de telles distances engendre souvent des courants de circulation qui sont, également, source de parasites. Il est difficile et très coûteux d'aménager des prises de terre réellement équipotentielles. L'utilisation de "Modems" pourrait être une solution, mais la vitesse de transmission est alors beaucoup trop faible, et inadaptée à la capacité de traitement de l'unité centrale. L'objet de l'invention est un procédé de transmission série, bidirectionnelle, rapide, sur lignes bifilaires blindées, de messages constitués par des informations logiques échangées entre plusieurs postes connectés sur la même ligne par des moyens d'interface , tels qu'une unité centrale et une pluralité de périphériques, permettant de rendre la transmission insensible aux parasites et dans lequel les messages passent par au moins un moyen d'amplification, procédé selon-lequel, en l'absence de message, la ligne est accessible dans les deux sens, et le premier message qui se présente à une extrémité de la ligne verrouille la transmission dans le sens où le message se propage, et bloque toute transmission en sens inverse, pendant une durée égale à celle du message augmentée du temps de propagation de l'information dans les moyens d'interface et d' amplification. En outre, on peut également isoler galvaniquement chaque poste de la ligne de transmission, et les différents postes entre eux, en particulier par des coupleurs opto-électroniques. Dans le cas où la ligne de transmission est relativement longue, les si- gnaux logiques sont amplifiés avant leur introduction sur la ligne. Chaque sens de transmission possède des moyens d'amplification distincts, mais interverrouillables. Un autre objet de l'invention est un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de transmission série, bidirectionnelle, sur lignes bifilaires blindées, tel que défini ci-dessus, cor?portci entre craque poste et la ligne de transmission, un moyen d'interface bidirectionnel verrouillable, une voie pour le sens aller et une voie pour le sens retour, chaque voie comportant au moins un élément amplificateur qui peut être bloque en lui appliquant un signal produit par le passage d'un message sur l'autre voie. L'élément amplificateur blocable peut être un amplificateur différentiel muni d'une entrée "validation" (strobe) qui permet d'inhiber son fonctionnement ou de l'autoriser suivant le niveau (O ou 1) du signal présent sur ladite entrée. Cet élément blocable peut être également un coupleur optoélectronique muni d'une entrée "validation". Le signal de blocage de l'amplificateur d'une voie est prélevé à la sortie de l'amplificateur de l'autre voie, au travers d'une cellule à constante de temps, la constante de temps étant au moins égale au temps de propagation du message dans l'amplificateur et au plus égale à l'intervalle entre un message alleret un message retour. La figure 1 représente un dispositif de transmission selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement, un ensemble de traitement d'infor- mation comportant une unité centrale et des périphériques connectées sur les lignes de transmission. La figure 3 représente le diagramme de la circulation des messages sur la ligne de transmission. L'unité centrale (1) d'un ordinateur est reliée par l'intermédiaire du dispositif, objet de l'invention, (2), à une ligne de transmission (3), appelée "ligne grande distance" connectée, également par l'intermédiaire de dispositifs selon l'invention, à un certain nombre de périphériques (4a) (4b) (4c) (4d) (figure 2). Sur la figure 1, l'élément (5) que l'on conviendra dansce qui suit d'appeler "poste" et qui peut être l'unité centrale ou un périphérique est relié, par un élément de ligne (6) bifilaire blindée (twinax) (adaptée en impédance) à une entrée de l'interface bidirectionnelle verrouillable (7) qui est délimitée par le cadre en ligne pointillée et qui est, de préférence, disposée dans un coffret métallique muni de connecteurs aux entrée et sortie de lignes (8) et (9). Chaque conducteur (10) et (11) de la ligne bifilaire est connecté aux entrées positive et négative de l'amplificateur différentiel Al et, res pectivement aux entrées négatilre et positive de l'amplificateur différentiel A2, de façon à aiguilleur automatiquement les signaux positifs et nenatifs. En outre, deux résistances R1 et R2 de 56 olms assurent 1 'adapta- tion d'impédance entre la ligne et les entrées de Al et A2. Bien que Al et A2 puissent être d'un type quelconque, il est particulièrement avantageux d'utiliser un modèle intégré comportant une possibilité de réglage de sensibilité, qui est effectué ici par injection d'un courant sur la borne de réglage, à partir des diviseurs potentiométriques P1 - R15/P2 R16 (découplés par une capacité de 10 nF), avec une résistance série R13/R14. Le modèle DS 8820 AN de "National Semi-conductors" convient particulièrement bien dans cette fonction. Les signaux provenant des postes sont du type "logique à trois états" positifs, pour le niveau logique 1, négatifs pour le niveau logique 0, et "ligne libre" en l'absence de bit. Al et A2 sont alimentés, de façon classique, à partir d'une source de tension continue stabilisée, qui est, ici, de 5 volts. Les signaux logiques amplifiés par Al et A2 commandent, par l'interné- diaire des transistors T1 et T2 montés, de façon habituelle, en amplificateur à émetteur commun, les diodes LED-1 et LED-2 des deux coupleurs optoélectroniques Ci-l et Ci-2, à large bande passante, et vitesse de montée élevée (au moins 1 tEz avec Tp{ 45 nS) et à isolement au moins égal à 1000 volts, par exemple le type HCPL 2602 de Hewlett-Packard. La sortie de chaque photocoupleur Al et A2 commande un générateur de courant à transistors (T3 - T5 - T7 et T4 - T6 - T8). Les photocoupleurs Ci-1 et Ci-2 sont alimentés sous une tension continue et stabilisée de 5 volts. Les générateurs de courants sont, de préférence, alimentés sous une tension plus élevée (également continue et stabilisée), qui peut atteindre, par exemple, 18 à 20 volts), ce qui permet d'envoyer sur la "ligne grande distance" (9) des signaux pouvant atteindre 15 volts, sous un ampère-crète, au niveau logique 1, valeur qui permet d'alimenter une ligne d'au moins îsoe mètres, afin d'obtenir, en bout de ligne, un niveau suffisant pour maintenir l'immunité aux parasites. Dans le sens "retour des signaux" de la ligne (9) vers le poste, on retrouve, au-dessous de la ligne AB de la figure 2, le même type de circuit que dans le sens aller, c'est-à-dire : deux amplificateurs différentiels A3 et A4 à sensibilité réglable, à partir des diviseurs potentiométrîques P3 - R17 et P4 - R13, découplés par 10 nF, deux amplificateurs à transistors T11 et T12 en émetteur commun alimentant les diodes LED-3 et LED-4 des coupleurs optoélectroniques Ci-3 et Ci-4. Par contre, l'anplifica- teur de sortie, qui n'alimente qu'une courte ligne de liaison avec le poste (5), est réduit aux deux transistors T9 et T10, montés de façon classique en émetteur commun. Dans la réalisation de la figure 1, on constate qu'il y a un isolement galvanique entre le poste et la ligne grande distance qui est donc montée "flottante". On peut donc avoir, de ce fait, un isolement galvanique de tous les équipements connectés, avec mise à la terre de chacun d'eux individuellement, à l'endroit où il se trouve, sans aucun risque de véhiculer sur la ligne des courants de circulation parasites dûs à des terres non équipotentielles et, en outre, rejet des autres types de parasites grâce aux amplificateurs différentiels Al - A2 - A3 - A4 qui ont un taux de rejet du mode commun très élevé. En toute rigueur, cet isolement galvanique n'est indispensable que si ensemble des postes se trouve sur un site largement développé dans le plan horizontal, tels qu'usines chimiques, raffineries, usines d'électrolyse d'aluminium, entrepôts, où les distances atteignent et dépassent le kilomètre. Lorsque les postes sont groupés dans un immeuble vertical, même de grande hauteur, ce problème est moins critique, car il est plus facile d'avoir une prise de terre unique. Le fonctiolmement du dispositif, objet de l'invention, peut être décrit de la façon suivante L'organisation des échanges de messages entre une unité centrale et les divers périphériques ou eÙre périphériques - le plus généralement sous ferme de "mots" de 8 ou 16 bits - se fait avec un certain intervalle de temps entre les messages "iler" et les messages "retour". Cet intervalle est défini par la longueur amximale de la "ligne grande distance" et la vitesse transmission des messages, ainsi que par le temps de réponse des systèmes commandés, de façon à eviter le chevauchement de messages provenant d'un périphérique proche de l'unité centrale avec ceux provenant d'un périphérique éloigné.Cet intervalle de temps est mis à profit pour interverrolliller les émetteurs et récepteurs du système afin d' éviter l'effet cumulatif des émetteurs sur les récepteurs connectés à la même ligne. A l'état de repos, la ligne est libre et le système est prêt à recevoir ou à émettre des messages d'un côté et d'autre de la barrière optoélectronique. La tension aux bornes de chaque ligne bifilaire est nulle. Le premier message se présentant d'un côté du dispositif le verrouille (par un mécanisme qui ve être précisé ci-après) dans le sens d'arrivée du message. Ce verrouillage est maintenu par un circuit à constante de temps qui se prolonge pendant un temps un peu plus long que le temps de réponse du système et un peu plus court que les intervalles de temps existant entre un message aller et un message retour. Pendant ce temps, la ligne est donc accessible exclusivement au premier message qui s'est présenté. Après passage de ce message, et après cette temporisation, le dispositif est à nouveau prêt à recevoir - et à amplifier - le premier message qui se présentera dans un sens ou dans l'autre. Le mécanisme de verrouillage est le suivant : les sorties des amplificateurs Al et A2, au moment de l'arrivée d'un signal, déchargent, par les diodes D1 et D2, les condensateurs C1 et C2, reliés aux entrées "validation" (strobe) des photocoupleurs Ci-3 et Ci-4 qui se trouvent ainsi inhibés, ce verrouillage étant maintenu après passage du signal, par la constante de temps des cellules R3-C1 et R4-C2. En outre, à partir des sorties des photocoupleurs Ci-i et Ci-2, on effectue un même verrouillage des amplificateurs A3 et A4 grâce aux diodes D3 et D4 connectées, respectivement, aux entrées "validation" (strobe) de A3 et A4, avec également une constante de temps déterminée par les cellules RiC5et R6-C6 et ce, afin de prolonger le verrouillage en fin de signal d'un temps sensiblement égal du temps de propagation des photocoupleurs. Ainsi, pendant le passage d'un message allant du poste vers la ligne par A1-A2, les amplificateurs A3-A4 et les photocoupleurs Ci-3 et Ci-4 sont inhibés. La ligne sera libérée après le délai engendré par les cellules à constante de temps R3-C1, R4-C2, R5-C5 et R6-C6. En sens inverse, le mécanisme de verrouillage est identique, le verrouillage étant assuré par les diodes D5, D6, D7, D8 et les délais par les cellules R7-C7, R8-C8, R9-C11 et R10-C10. Sur la figure 3, on a représenté, schématiquement, la circulation de si- gnaux, en sens "aller" et en sens "retour". Le diagramme 3a indique un exemple de largeur de chaque message et d' in- tervalle entre les messages "aller" et les messages "retour", et l'état de la ligne (libre ou occupée). Le diagramme 3b représente un exemple de messages"aller" et "retour" élargis de façon à rendre visible la succession de bits O et 1. Au temps to, la ligne est libre. Les ampli "aller" (A1-A2) et "retour" (A3-A4) sont déverrouillés (passants). Au temps tl, un message 1-A se présente dans le sens "aller" à l'entrée de A1. On l'a, symboliquement, représenté à un niveau élevé, car il sera amplifié avant de s'engager sur la ligne "distance".Al-A2 restent donc passants et A3-A4 se verrouillent (ainsi que Ci-3 et Ci-4). Au temps t2 : fin du message émis. Mais, en pratique, le message va occuper la ligne jusqu'à t en raison du retard de propagation de l'amplificateur (t3) et du photocoupleur (t4) ; grâce aux constantes C3-C1 - R4-C2 et de R5-C5 - R6-C6, le déverrouillage ne s'effectue qu'à t4. La ligne est de nouveau libre. Survient, alors, au temps t5, un message "retour" (1-R), figuré avec un niveau plus bas, en raison de son atténuation dans la ligne. (Il est, en outre, déformé notamment par les capacités de la ligne distance. La forme représentée est également schématique et simplifiée). Le message émis s'arrête théoriquement à t6 mais, pour les raisons exposées ci-dessus, on allonge le temps d'ouverture de la ligne jusqu'à t7 pour tenir compte du retard de transmission dans A3-A4 et jusqu'à t8 pour tenir compte du retard de transmission dans les photocoupleurs Ci-3 Ci-4. A t8, la ligne est libérée ; un nouveau message aller 2-A se présente à t9 et le processus recommence comme à tl. EXENIPLE D'APPLICATION On a appliqué l'invention à un système de traitement de l'information du type IBPI-34, installé dans une usine de production d'aluminium par électrolyse d'alumine dissoute dans de la cryolithe fondue, comportant plusieurs centaines de cuves alimentées sous 110.000 ampères. L'ensemble de l'usine s'étend sur une surface de 1/2 kilomètre-carré avec des distances entre postes extrêmes atteignant 1400 m. Un essai de transmission sur simple ligne bifilaire blindée (twinax) entre l'unité centrale et les périphériques a totalement échoué en raison du niveau des parasites de toutes natures (courants- de circulation entre terres non équipotentielles, comnutation de puissances électriques très élevées. La mise en oeuvre du procédé et du dispositif selon l'invention, conforme au schéma de la figure 1, a assuré des transmissions de messages parfaitement sûres, sans parasites, avec une vitesse de 1 Mbits/seconde, qui permet d'utiliser au maximum la capacité de traitement de l'unité centrale. La même liaison, réalisée par Modem, conduirait à une vitesse environ 100 fois inférieure. En outre, le prix élevé-de location du modem alourdirait encore le bilan défavorable de cette solution. NOMENCLATURE DES ELEMENTS DE LA FIGURE 1 ( : : : : : : : ) ( 20 : R1 : 49 : R30 : 78 : C5 : 107 : D6 ) ( 21 : R2 : 50 : R31 : 79 : C6 : 108 : D7 ) ( 22 : R3 : 51 : R32 : 80 : C7 : 109 : D8 ) ( 23 : R4 : 52 : R33 : 81 : C8 : 110 : T1 ) ( 24 : R5 : 53 : R34 : 82 : C9 : 111 : T2 ) ( 25 : R6 : 54 : R35 : 83 : C10 : 112 : T3 ) ( 26 : R7 : 55 : R36 : 84 : C11 : 113 : T4 ) ( 27 : R8 : 56 : R37 : 85 : C12 : 114 : T5 ) ( 28 : R9 : 57 : R38 : 86 : C13 : 115 : T6 ) ( 29 : R10 : 58 : R39 : 87 : C14 : 116 : T7 ) ( 30 : R11 : 59 : R40 : 88 : C15 : 117 : T8 ) ( 31 : R12 : 60 : R41 : 89 : C16 : 118 : T9 ) ( 32 : R13 : 61 : R42 : 90 : C17 : 119 : T10 ) ( 33 : R14 : 62 : R43 : 91 : C18 : 120 : T11 ) ( 34 : R15 : 63 : R44 : 92 : C19 : 122 : T12 ) ( 35 : R16 : 64 : R45 : 93 : C20 : 123 : CI1 ) ( 36 : R17 : 65 : R46 : 94 : C21 : 124 : CI2 ) ( 37 : R18 : 66 : R47 : 95 : C22 : 125 : CI3 ) ( 38 : R19 : 67 : R48 : 96 : C23 : 126 : CI4 ) ( 39 : R20 : 68 : R49 : 97 : C24 : 127 : A1 ) ( 40 : R21 : 69 : R50 : 98 : LED1 : 128 : A2 ) ( 41 : R22 : 70 : R51 : 99 : LED2 : 129 : A3 ) ( 42 : R23 : 71 : R52 : 100 : LED3 : 130 : A4 ) ( 43 : R24 : 72 : R53 : 101 : LED4 : 131 : P1 ) ( 44 : R25 : 73 : R54 : 102 : D1 : 132 : P2 ) ( 45 : R26 : 74 : R55 : 103 : D2 : 133 : P3 ) ( 46 : R27 : 75 : R56 : 104 : D3 : 134 : P4 ) ( 47 : R28 : 76 : C1 : 105 : D4 : : ) ( 48 : R29 : 77 : C2 : 106 : D5 : : ) REVENDICATIONS 1 / - Procédé de transmission série, bidirectionnelle, rapide, sur lignes bifilaires blindées de messages constitués par des informations logiques échangées entre plusieurs postes connectés sur la même ligne par des moyens d'interface, tels que l'unité centrale d'un ordinateur et une pluralité de périphériques, permettant de rendre la transmission insensible aux parasites et dans lequel les messages passent par au moins un moyen d'amplification, caractérisé en ce que, en l'absence de message, la ligne est accessible dans les deux sens, et en ce que le premier message qui se présente à une extrémité de la ligne verrouille ladite transmission dans le sens où le message se propage et bloque toute transmission en sens inverse, pendant une durée égale à celle du message augmentée du temps de propagation de l'information dans les moyens d'interface et d'amplification. 20/ - Procédé de tranvsmission selon revendication1 caractérisé n ce que l'on isole galvaniquement chaque poste de la ligne de transmission. 30/ - Procédé de transmission selon revendication 2, caractérisé en ce que l'isolement est réalisé par l'utilisation, comme moyen d'interface entre les postes et la ligne, de coupleurs optoélectroniques. 4 / - Procédé de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que tous les postes sont isolés galvaniquement entre eux. 50/ - Procédé de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les signaux logiques sont amplifiés avant leur introduction sur la ligne de transmission. 60/ - Procédé de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on relie chaque poste et la ligne par des amplificateurs séparés, mais interverrouillables, pour chaque sens de transmission. 70/ - Procédé de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on amplifie le signa-l émis par le poste vers la ligne jusqu'cl un niveau suffisant pour compenser l'affaiblissement dans la ligne de transmission. 80/ - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte entre chaque poste et la ligne de transmission, un moyen d'interface bidirectionnelle verrouillable, comportant une voie pour le sens aller et une voie pour le sens retour, chaque voie comportant au moins un élément amplificateur blocable par application d'un signal produit par le passage d'un message sur l'autre voie. 90/ - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément amplificateur blocable est un amplificateur différentiel muni d'une entrée "validation". 100/ - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément amplificateur blocable est un coupleur optoélectronique muni d'une entrée "validation". 110/ - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, ca caractérisé en ce que l'entrée du signal de blocage d'un amplificateur d'une voie est connectée à la sortie d'un amplificateur de l'autre voie. 12 / - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, ca ractérisé en ce que la liaison entre l'amplificateur d'une voie et l'entrée échantillonnage de l'amplificateur de l'autre voie comporte une cellule à constante de temps prédéterminée. 130/ - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon revendication 12, caractérisé en ce que la constante de temps de la cellule est au moins égale au temps de propagation du message dans l'amplificateur. 140/ - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon revendication 12, caractérisé en ce que la constante de temps de la cellule est au plus égale à l'intervalle entre un message aller et un message retour. 15 / - Application du procédé et du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes à la transmission bidirectionnelle rapide d'informations logiques en milieu fortement parasité.