Brevet FR2511526A1 — publié le 19830218

La présente invention se rapporte, d'une manière généra- le, aux:commandes numériques ou digitales et concerne plus par- ticulièrement un appareil de commande numérique dans lequel des moyens d'isolation sont prévus entre le circuit analogique et un circuit numérique ou digital. Un appareil de commande numérique direct produit un si- gnal à courant continu (de 4 à 2 Om A environ) qui représente un signal variable manipulé et qui est appliqué à un action- neur tel qu'une valve de moteur Un appareil de commande nu- mérique est représenté sur la figure 1 sous la forme d'un schéma par blocs, L'appareil représenté sur la figure 1 peut être utilisé pour la commande d'une valve de moteur dans un procédé. Des signaux analogiques provenant d'un certain nombre de détecteurs 10 a, 10 b, sont appliqués à un circuit d'entrée analogique 12 comprenant un multiplexeur et un convertisseur analogique/numérique (A/N) 16 Les signaux analogiques sont traités en temps partagé Chaque fois qu'un signal analogique est examiné, il est converti en un signal numérique ou digi- tal correspondant par le convertisseur A/N 16 Le signal nu- mérique résultant est appliqué à l'entrée d'une unité de trai- tement centrale (CPU) 18 qui peut, par exemple, comprendre un microprocesseur Le signal numérique reçu par le CPU 18 est traité et conservé dans un compteur bidirectionnel de dix bits 20. Une grandeur prédéterminée, correspondant à une valeur de base ou de référence de fonctionnement d'un actionneur 22, est initialement enregistrée dans le compteur 20 par le CPU 18. Quand le fonctionnement de l'actionneur 22 change, le CPU 18 délivre un signal d'addition ou de soustraction approprié au compteur bidirectionnel 20 qui représente un signal d'er- reur par rapport à la grandeur de base ou de référence Une Instruction, sous la forme d'un signal variable manipulé est appliquée à l'actionneur 22 et est conservée sous une forme numérique dans le compteur 20. L'instruction conservée dans le compteur bidirectionnel 251 1526 est convertie en un signal analogique AV par un convertis- seur numérique/analogique (N/A) 24 Le signal AV, représenté par une tension, est converti en un courant AI par un conver- tisseur tension/courant (V/I) 26. Le signal AI est appliqué, sous la forme d'un courant, à un actionneur de valve de moteur 22, en tant que signal variable manipulé La tension du signal continu de manipula- tion AV varie entre O et 5 V en fonction du degré d'ouverture de la valve 22 L'intensité du signal AI varie aussi entre 4 et 2 Om A. Le signal AV du convertisseur N/A 24 est fourni, en tant que signal de retro-action ou de "feedback" au multi- plexeur 14 afin de corriger les erreurs de valeur des signaux circulant dans la boucle numérique de traitement incluant le processeur CPU 18. Dans l'appareil de commande numérique représenté sur la figure 1, les lignes de transmission entre le processeur CPU 18 et les détecteurs 10 a, lob, et la ligne transmettant les signaux à la valve de moteur 22 sont souvent interconnec- tées avec d'autres équipements situés à une grande distance de l'appareil Or, ces lignes sont souvent affectées par des signaux parasites ou des bruits Le signal de sortie AV du convertisseur N/A a un niveau de potentiel lui est appli- qué au multiplexeur 14 en tant que signal de retro-action. Toutefois, le signal de sortie du convertisseur V/I 26 ne peut pas être examiné par le processeur CPU 18. La figure 2 est un schéma par bloc d'un appareil de com- mande numérique particulier de la technique antérieure Dans l'appareil représenté sur la figure 2, le circuit d'entrée analogique est relié au processeur CPU 18 par un transformateur d'isolement 28 Le convertisseur N/1 24 et le convertisseur V/I 26 sont, de même connectés par un transformateur d'isole- ment 30 Le courant de manipulation de la valve 22 est détecté par un autre transformateur d'isolement 32 et est appliqué au multiplexeur 14 en tant que signal de retro-action Tou- tefois, dans le montage représenté à la figure 3, la boucle analogique et la boucle numérique doivent être séparées par des transformateurs d'isolement Or, du fait que les signaux analogiques, tels que les signaux de Manipulation de la valve de moteur, doivent être utilisés comme signaux de rétro- action, les bruits présents dans ces signaux analogiques posent des problèmes. La présente invention se propose d'apporter un appareil de commande numérique dans lequel les circuits d'entrée et de sortie numériques sont effectivement isolés de S circuits de retro-action. L'appareil comprend un certain nombre de détecteurs pro- duisant des signaux analogiques un circuit d'entrée analogique pour convertir les signaux analogiques en signaux numériques correspondants, une unité de traitement centrale pour traiter les signaux numériques, des moyens pour compter les signaux de sortie de l'unité de traitement centrale, un convertisseur pour produire une impulsion dont la largeur correspond au con- tenu des moyens de comptage, des premiers moyens de couplage pour produire un premier signal conforme au signal du convertis- seur de largeur d'impulsion, un circuit de génération de si- gnal de manipulation pour produire un signal de manipulation analogique conforme au premier signal des premiers moyens de couplage, un circuit moniteur pour produire un signal de détec- tion d'anomalie lorsque le rapport entre le premier signal et le signal de manipulation est supérieur à une valeur prédéter- minée, des seconds moyens de couplage pour produire un second signal conforme au signal de détection d'anomalie du circuit moniteur et pour appliquer le second signal à l'unité de trai- tement centrale et un circuit de retro-action pour appliquer le premier signal au circuit d'entrée analogique e D'autres caractéristiques-et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, qui n'a, bien entendu, aucun caractère limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est un schéma par blocs d'un appareil de commande numérique la figure 2 est un schéma par blocs d'un appareil de commande numérique, conforme à la technique antérieure; et, la figure 3 est un schéma par blocs d'un appareil de commande numérique conforme à l'invention Le montage représenté sur la figure 3 comprend un cer- tain nombre de détecteurs 10 a, l Ob, et un circuit d'entrée analogique 12 comme dans l'appareil de la figure 1 Les si- gnaux numériques résultant de la conversion des signaux ana- logiques des détecteurs 10 a, l Ob, sont traités dans l'uni- tés de traitement centrale (CPU) 18. Les impulsions additives UP et soustractives DP engen- drées par le processus CPU 18 sont appliquées à un compteur bidirectionnel 40 par un circuit d'échange manuel-automatique 42 Quand le circuit d'échange 42 est sur la position automa- tique, les impulsions additives UP ou soustractives DP sont appliquées en tant que signaux de différence au compteur 40. Dans la position "manuelle" du circuit 42 les signaux addi- tifs et soustractifs UP et DP sont appliqués au compteur 40. Dans ce cas, une valeur numérique facultative est conservée dans le c-ompteurbidirectionnel 40. Un convertisseur 44 produit des impulsions Pl dont la largeur est proportionnelle au contenu du compteur 40. -Un premier circuit de couplage 46 comprenant trois photocoupleurs 48, 50, et 52, est connecté à la sortie du convertisseur 44. Le signal de sortie pulsé secondaire engendré par le premier photocoupleur 48 est appliqué à l'entrée du multi- plexeur 14 à travers un circuit de conversion largeur/ ten- sion 54, en tant que signal de retro-action Le circuit de conversion largeur/tension 54 comprend un inverseur 56 et un circuit d'intégration 58. Le precesseur 18 assure l'identification d'un défaut de fonctionnement dans la boucle de traitement numérique quand la valeur du signal de retroaction dépasse un seuil déterminé, comme il est expliqué ci-après. Le signal de sortie du second photocoupleur 50 est ap- pliqué à un circuit de génération de signal de manipulation 60. Le circuit de génération 60 comprend un convertisseur largeur/ tension 62 et un convertisseur tension/courant (V/I) 64 Le convertisseur 62 produit une tension continue AV conforme à la largeur du signal Pl du convertisseur de largeur d'im- pulsion 44 Dans le convertisseur largeur/tension 62, le signal de sortie Pl du convertisseur 44 est inversé par un inverseur 66 Ce signal inversé est intégré par un circuit d'intégration 68 comprenant une résistance et un condensa- teur Le signal de sortie du circuit d'intégration 68 est ap- pliqué au convertisseur V/I 64 à travers un amplificateur opé- rationnel 70 La tension de sortie AV de l'amplificateur 70 est transformé en un courant de manipulation AI par le conver- tisseur V/I 64 Le courant de manipulation (signal variable manipulé) AI est appliqué à un actionneur tel qu'une valve de moteur 72. Un signal de sortie secondaire du troisième photoco;;- pleur 52 est appliqué à un circuit moniteur 74 Le signal de sortie pulsé est applique à un convertisseur largeur/ tension 76 comprenant un inverseur 78 et un circuit d'intégration 80. Le signal de sortie Vp du convertisseur 76 est appliqué à un circuit comparateur 82 en tant que premier signal d'entrée. Un signal pulsé secondaire produit par le premier pho- tocoupleur 48 est appliqué en tant que signal d'entré au mul- tiplexeur 14. Le courant de sortie AI du convertisseur V/I 64 est converti en un signal de tension VI par un convertisseur courant/tension 84 comprenant un amplificateur opérationnel 86 et des résistances 88,90, 92, 94 et 96 Le signal de sor- tie VI du convertisseur 84 est appliqué au circuit comparateur 82 en tant que second signal d'entrée. Le circuit comparateur 82 comprend deux comparateurs 98 et 100 Le premier signal Vp est appliqué à l'une des bornes du premier comparateur 98 Un premier signal Vp produit par le diviseur de tension comprenant les résistances 102 et 104 est appliqué à l'une des bornes du second comparateur 100 Le si- gnal VI est appliqué à l'autre borne du second comparateur 100. Le second signal ÈC VI produit par le diviseur de tension 106- 108 est appliqué à l'autre borne du premier comparateur 98. Le premier comparateur 98 compare le signal de tension Vp avec signal o VI Quand la tension d'entrée Vp est supérieure à la tension VI, le premier comparateur 98 produit un signal de détection d'anomalie DK 1 et l'applique à l'une des bornes d-' un circuit OU 110 à travers une résistance 112 De même, le second comparateur 100 compare le signal de tension VI avec le signak Vp Quand le signal VI est supérieur à la tension oc Vp, le second comparateur 100 produit un signal de détection d'anomalie DK 2 et l'applique à l'autre borne du circuit OU 110 à travers une résistance 114 Le signal de sortie du circuit OU 110 est appliqué à un second circuit de couplage 116 inclu- ant un photocoupleur. Le circuit moniteur 74 détecte un défaut de fonctionne- ment dans le convertisseur largeur/tension 62 et dans le con- vertisseur V/I 64 quand la différence entre la tension de sor- tie du convertisseur de largeur d'impulsions 44 et la tension basée sur le courant de signal AI du convertisseur V/I 64 est supérieure à une valeur prédéterminée Le signal de sortie secondaire AL, c'est à dire, le signal de détection d'anomalie du photocoupleur 116, est appliqué au processeur CPU 18 Le processeur 18 traite le signal AI pour détecter un défaut de fonctionnement dans le circuit de génération du signal de manipulation 60 En admettant que la différence en question est de 5 %, O ( peut être exprimé comme suit: R 11 R 21 C R R Rll + R 12R 1 + R 22 o les valeurs ohmiques des résistances 102, 104 et 106, 108 sont respectivement Rll, R 12,et R 21, R 22. L'invention permet d'isoler facilement la boucle de trai- tement numérique ou digitale de la boucle analogique par e que le contenu du compteur bidirectionnel 40 est converti en impul- sions ayant une largeur déterminée par le convertisseur 44. Les photocoupleurs 48, 50, 52 et 116 ont pour fonction de coupler le convertisseur de largeur d'impulsions 44 et la boucle analogique Toutefois, un organe d'isolement, tel qu' - un transformateur d'impulsions, pourrait être utilisé à cette fin Etant donné que les impulsions du convertisseur 44 sont utilisées comme signal de retro-action pour le processeur CPU 18, ce dernier peut détecteur les défauts de fonctionnement aussi bien du compteur bidirectionnel 40 que du convertisseur 44. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux exemples de réalisation représentés et décrits qui n'ont, bien entendu, aucun caractère limitatif, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S l O Appareil de commande numérique qui comprend un cer- tain nombre de détecteurs, qui, en service, produisent des signaux analogiques; un circuit d'entrée analogique ( 12) pour convertir ces signaux analogiques en signaux numériques cor- respondants; une unité de traitement ( 18) ou un processeur central pour traiter lesdits signaux numériques; et des moyens pour compter les signaux-de sortie de ladite unité de traite- ment central, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de conversion ( 54) conçu pour produire des impulsions dont la lar- geur correspond au contenu desdits moyens de comptage; des pre- miers moyens de couplage ( 46) pour produire un signal conforme à l'impulsion dudit convertisseur de largeur d'impulsions; un circuit un signal de manipulation analogique conforme au ore- mier signal desdits premiers moyens de couplage; un circuit moniteur ( 74) pour produire un signal de détection d'anomalie lorsque le rapport entre ledit premier signal et le signal de manipulation est supérieur à une valeur prédéterminée; des seconds moyens de couplage pour produire un second signal con- forme au signal de détection d'anomalie dudit circuit moniteur ( 74) et pour appliquer ce second signal à ladite unité de trai- tement ou audit processeur central ( 18); et un circuit de retro- action pour appliquer le premier signal audit circuit d'entrée analogique. 2 Appareil de commande numérique, selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'unité de traitement centrale comprend un microprocesseur. 3 Appareil de commande numérique, selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les premier et second moyens de couplage comprennent des photocoupleurs ( 48,50,52).