Brevet FR2535133A1 — publié le 19840427

INSTALLATION DE TRANSMISSION NUMERIQUE, PAR LIGNE BIFI LAIRE, D'INFORMATIONS FOURNIES PAR DES CAPTEURS ET D'ORDRES DESTINES A DES ACTIONNEURS. L'invention a pour objet une installation de transmission numérique, par ligne bifilaire, d'informations fournies par des capteurs et d'ordres destinés a des actionneurs. Dans la surveillance et la commande de processus de fabrication ou d'états de machines, l'augmentation continuelle du nombre des informations à transmettre à partir de capteurs et des ordres à exécuter par des actionneurs conduit à une complexité croissante des installations et à un encombrement exceesif das salles de contrôle en fils véhiculant les informations. n effet, les diverses grandeurs analogiques ou numériques à transmettre le sont en général au moyen de paires de ils séparées et l'on est amené à multiplier les chemins de câbles multifilaires et les borniers de raccordement, ce qui aboutit à un cout très important en matériel et en pose. On a déjà proposé (Article de M. Sulpice, G. Chevalier dans la revue Automatisme, No 1-2 1976, pages 32-58) d'utiliser une ligne de transmission bifilaire assurant la liaison entre une unité d'acquisition et de commande couplée à un calculateur et des stations réparties dans l'installation. Les données et les ordres sont acheminés aux différentes stations, ou à partir des différentes stations, au moyen d'une transmission série bidirectionnelle le long de la ligne. Ce dispositif est toutefois relativement complexe, car tous les échanges d'information sont gérés par l'unité d'acquisition et c'est cette derniere qui se charge d'assurer le synchronisme. L'invention vise à réaliser un dispositif très simple, destiné à assurer la transmission permanente d'informations et d'ordres, donc de fonction équivalente à celle d'un simple chemin de câbles et dans lequel une procédure de dialogue, incorporée aux stations elles-memes, assure tous les échanges sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours à un calculateur central. L'invention vise encore à réaliser une installation du genre susvisé, dans laquelle des stations peuvent être mises en/ou hors service à volonté, sans perturber les échanges entre les autres stations. L'installation suivant l'invention comprend une ligne de transmission bifilaire et une pluralité de stations émet trice-réceptrices raccordées à cette ligne et munies chacune d'une ou plusieurs voies parallèles d'entrées numériques et/ou analogiques et de sorties numériques et/ou analogiques et de moyens de sérialisation des informations correspondant à ces voies, caractérisée, en combinaison a) par l'application, à la ligne bifilaire, d'une tension d'alimentation que les éléments d'information "tout ou rien" fournis par les stations ont pour effet de mettre en court-circuit pour définir l'un des deux niveaux logiques correspondants b) par la matérialisation des voies sous la forme d'une pluralité de cartes identifiées chacune par un nombre binaire et raccordables à volonté à chaque station et par un agencement de l'installation pour autoriser la mise en service à volonté, d'un nombre variable de sta tions identifiées chacune par un nombre binaire c) par le fait que chaque station comprend une unité cen trale agencée pour identifier les nombres d'identifi cation des stations et des cartes d) par l'établissement d'une configuration désirée quel conque des liaisons en agençant l'unité centrale de chaque station pour qu'elle reçoive en permanence des messages, de durée prédéterminée, provenant de l'en semble des autres stations en service, mais n'exploite que l'information provenant de celles des cartes d'entrées qui ont les mêmes numéros d'identification que ses propres cartes de sortie ; et e) par un agencement des unités centrales des stations tel que l'émission de messages par les stations en service intervienne de manière cyclique, dans l'ordre de leurs numéros d'identification croissants, au cours d'inter valles de temps successifs de chaque cycle réservés chacun à l'émission d'un message par une station bien determinée, que celle-ci soit en service ou non et en nombre égal au nombre maximum de stations prévu pour l'installation. Suivant un mode d'exécution préféré de l'invention, l'unité centrale de chaque station est agencée : a) pour engendrer, à partir de la mise sous tension de ladite station, une temporisation de durée égale au produit dudit nombre maximum de stations par un délai unitaire au moins égal à ladite durée d'un message b) pour engendrer, lors de la réception d'une information de début de messages un nouveau délai unitaire de tempo risation ; c) pour reconnattre la fin d'un message reçu et identifier 11 appareil qui l'a émis ; d) pour émettre elle-même un message à la fin du message précédent lorsque celui-ci a été correctement reçu et identifié comme provenant de la station de numéro précé dent t e) dans le cas contraire, pour engendrer, à la fin du délai visé en (b), autant de délais unitaires supplémentaires qu'il y a de stations intermédiaires dont le message n'a pas été correctement reçu et pour émettre elle-même un message à la fin de ces délais supplémentaires. D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaîtront clairement à la lumière de la description ci-après. Au dessin annexé La figure 1 est un schéma général de principe d'une installation conforme à l'invention ; dont La figure 2 représente une station émettrice réceptrice La figure 3 représente une carte d'entrées numéri ques ; La figure 4 représente une carte de sorties numéri ques t et Les figures 5 à 9 illustrent le fonctionnement de l'installation, en montrant la distribution chronolo gique des messages et des signaux de temporisation. A la figure 1, on a représenté une ligne bifilaire de transmission L1L2 alimentée, par un bloc AL, par une tension continue régulée de 12 v par exemple, obtenue à partir du réseau alternatif de façon connue en soi et délivrée sous une impédance bien déterminée. Sur cette ligne sont branchés un certain nombre d'appareils émetteurs-récepteurs de données NA-O ...NA-5 (16 par exempie) à chacun desquels sont associées plusieurs cartes d'entrées-sorties NC-l EN, NC-2 SN .... affectées chacune d'un numéro d'identification (allant de 1 à 8 par exemple). Les cartes indiquées EN sont des cartes d'entrée numérique, les cartes EA, des cartes d'entrée analogique, les cartes SN des cartes de sortie numérique et et les cartes SA, des cartes de sortie analogique. @a figure 2 représente l'un des appareils émetteurs-récepbeurs. Il est composé d'un ensemble UC comprenant une unité centrale, avec mémoire vive et mémoire morte , d'un dispositif ES qui effectue, en plus de la gestion des entrées/scrties de l'unité centrale, le décodage des adresses R d'un dispositif de transmission serie asynchrone "U.A.R.T" raccordé à la ligne L1L2 par l'intermédiaire d'un photo-coupleur d'émission PCE, d'un photo-coupleur de réception PC, d'un transistor T et d'un pont de diodes R. @ l'émission, le transistor ou est passant pour l'un des deux é@at@ logiques des signaux numériques transmis, bloqué pour l'autre. Quand le transistor est bloqué, la tension de 12 volts est appliquée sur la ligne Quant il est passant, la ligne est court-circuitée. @ la réception, les signaux rectangulaires transmis sur la @@@e sont directement transmis à PCR. @@@ carces d'entrées-sorties sont raccordées à l'appareil au moyen de connecteurs, non figurés (au nombre de 8 dans @'exemple considéré). Au disposi ci f ES sont connectes un commutateur RA de codage manuel du numéro de l'appareil émetteur-récepteur (compris entre 0 et 5 dans l'exemple considéré), un dispositif AD d'affichage des défauts qu qui, au moment de la mise sous tension, signale à l'opérateur l'existence d'un défaut décelé par un test déclenché par l'unité centrale, et un circuit A d'isolation e@ d'amplification, dont la sortie S commande par exemple un voyant indiquant à l'opérateur que l'appareil est en sexe ce normal. La figure 3 représente une carte d'entrée numérique. Les informations issues de capteurs sont appliquées aux entrées EN1...EN8 et transmises, par l'intermédiaire de photocoupleurs PCN1,.. PCN8, et d'un transmetteur à trois états lB1, au bus de données BD de l'unité centrale. Un commutateur KCEN de codage manuel du numéro de la carte est également relié au bus BD par l'intermédiaire d'un transmetteur à trois états IB2. Un dispositif DA, effectuant le décodage d'adresses et la synchronisation de bus, est relié au bus de commande BC de l'unité centrale et reçoit par ailleurs en bA l'adresse prédécodée de la carte considerée. Ce dispositif DA fournit à IB1 un signal vbe de validation de lecture des bits d'entree du message et, à IB2, un signal vnc de validation de lecture du numéro de carte. La figure 4 représente une carte de sortie numérique. Le bus d'entrée de données BD de l'unité centrale est relié, d'une part, à une mémoire M de 8 bits, d'autre part, à un transmetteur à trois états IB, lui-même relié à un commutateur KCSN de codage manuel du numéro de la carte. Un dispositif DA, effectuant le décodage d'adresses et la synchronisation de bus, est relié au bus de commande B c de l'unité centrale et reçoit par ailleurs en bA l'adresse prédécodée de la carte considérée. Ce dispositif DA fournit à la mémoire M un signal md de mémorisation des données et, à IB, un signal vnc de validation de lecture du numéro de carte. Le signal md est par ailleurs appliqué à un dispositif contrôleur de temps CT, lui-meme relié à un circuit isolateur-amplificateur CG dont la fonction sera expliquée dans la suite. Les bits de sortie de la mémoire sont transmis à des actionneurs, ou autres organes utilisateurs, par l'intermédiaire de circuits isolateurs-amplificateurs IA1 à lA8. Une carte d'entrée analogique aura la même configuration que celle représentée à la figure 3, un convertisseur analogique numérique étant toutefois en plus inséré entre les capteurs et les photo-coupleurs d'entrée. De même, une carte de sortie analogique aura la même configuration que celle de la figure 4, un convertisseur numérique-analogique étant toutefois inséré entre les sorties de la mémoire M et les actionneurs. L'installation que l'on vient de décrire est destinée à transmettre des informations provenant de capteurs et des ordres destinés à des actionneurs entre différentes machines et différentes armoires de commande ou automates programmables, localisées en différents emplacements éloignés les uns des autres, dans une usine par exemple, et l'on veut pouvoir lui faire comporter un certain nombre d'appareils émetteurs-récepteurs, localisés eux-mêmes auprès des machines ou des armoires de commande, et ajouter ou retrancher de tels appareils et mettre en service, pour chacun d'eux, un nombre plus ou moins grand de cartes (dans les limites de leur capacité maximum) sans interrompre le fonctionnement de l'installation.L'information provenant de chaque entrée numérique ou analogique doit pouvoir être dirigée vers n'importe laquelle ou n'importe lesquelles des sorties numériques ou analogiques. L'opérateur établit, à un moment donné, au moyen des commutateurs tels que KCEN (figure 3) et KA (figure 2), une certaine configuration des liaisons à réaliser : on voit par exemple, à la figure 1, que les entrées NC-1 EN de l'ensemble NA-O seront reliées aux sorties NC-1 SN de NA-1, à NA-5, tandis que les entrées NC-2 SN de NA-O ne seront reliées qu'à la sortie NC-2 SN de NA, et que les entrées NC-2 EN de NA-5 ne seront reliées qu'à la sortie NC-2 SN de NA-O et à la sortie NC-2 SN de NA-1. A la mise sous tension de l'installation, l'unité centrale de chaque appareil commence par identifier les cartes qui ont été insérées dans ses propres connecteurs, en relevant leur numéro et leur nature (entrée ou sortie). Comme les commutateurs KCEN ne fournissent que 6 bits, tandis que les transmetteurs 3 états IB fonctionnent généralement sur 8 bits, on utilisera avantageusement les deux bits libres pour indiquer la nature de la carte. Le programme est agencé pour que, pendant le fonctionnement de la liaison, chaque appareil , bien que recevant tous les messages émis par les autres, ne recopie, sur ses propres cartes de sortie, que les messages provenant de cartes d'entrées dont le numéro correspond à celui de l'une des cartes de sortie insérées dans ses connecteurs. La transmission des messages par les appareils successifs NAO...NA5... s'effectue suivant un processus cyclique resynchronisé avant chaque émission de message, comme on va maintenant l'expliquer. Chaque message comporte trois mots de sept bits, dont le premier OXXXXXX indique le numéro de la carte d'entrée dont le contenu est transmis, le deuxième OXXXXXX contient six bits de données et le troisième lXXXXXX contient un bit de poids le plus fort qui sert à reconnaître le dernier mot du message, deux bits de poids forts suivants qui constituent deux bits de données et quatre bits de poids faibles, qui indiquent le numéro de l'appareil. La transmission sur la ligne s'effectue en mode série asynchrone, avec le format de caractères suivant - 1 bit de start - 7 bits de données - 1 bit de parité - 1 bit de stop Les figures 5 et 6 permettent de comprendre la distribution chronologique des messages. Les opérateurs disposent, à chaque instant, de la possibilité de mettre en service n'importe lesquels des appareils. C'est pourquoi l'on a supposé, dans l'exemple de la figure 5, que les appareils de NO O, 1, 2 et 4 sont en service, 3 n'étant pas sous tension, tandis que, dans l'exemple de la figure 6, les appareils O, 1, 2, 3, 5, 15 sont d'abord mis en service, puis l'appareil O est mis hors service avant l'intervention d'un nouveau cycle d'émission. A la mise sous tension générale, l'appareil 0, dont l'unité centrale ignore si un dialogue est ou non déjà établi sur la ligne, attend systématiquement l'écoulement d'un délai gal au produit d'un délai unitaire # T par le nombre maximum d'appareils que peut comporter l'installation (et qui est @@diqué dans le programme). Ce délai unitaire #T est fourni par t:n organe de temporisation incorporé au dispositif ES Les appareils successifs sont programmés pour commencer à lancer un délai de temporisation N #T aux instants respectifs 0 (appareil N 0), 0 + #T (appareil No 1), 0 + 2 #T (appareil n 2), etc...Si le message a par exemple une durée #T1 de 3,2 ms, on prendra #T un peu supérieur à cette valeur, par exemple 3,6 ms. A la fin du délai global N#T, appareil O émet un message. A la figure 7, on a représenté les trois mots successifs M1, M2, M3, de ce message, dont on suppose qu'il a été requ normalement, en particulier par l'appareil N 1. A la réception de M1, l'apparell N 1, convenablement agencé pour reconnaîtie ce premier mot, active on réactive son signal de tempo risation pour une durée #T. Avant la fin de l'intervalle #T, l'app@@ell @@ @ qui a reconnu le dernier mot du message précédent et constaté que ce dernier mot provlent de l'appareil N 0, a @i@même émis un message. Plus précisément, cette émission = commencé à la fin du message précédent. L'apparell @ 2, dont le signal de temporisation a été réactivé à la réception du premier mot du message de l'appareil N 0, pois du premier mot du message de l'appareil N 1, émet luimême son message avant la fin de ce dernier délai #T. En définitive, comme le montre la figure 5, en période d'émission de messages et en cas de transmission normale, les message sont emis les uns à la suite des autres, sans aucune isterruption, tant que les appareils en service se succèdent eux-mêmes sans interruption dans l'ordre des numéros croissants.S'il y a un saut (dans l'exemple considéré, passage direct de l'appareil NO 2 à l'appareil NO 4) l'appareil NO 4, à la fin du délai AT déclenché par la réception du premier mot du message émis par l'appareil NO 2, n'a alors pas reçu d'information de début de message de l'appareil NO 3. Dans ce cas, l'appareil N 4 est agencé pour réactiver un nouveau signal de temporisation AT et c'est seulement à la fin de ce nouveau délai que appareil NO 4 procède à l'émission d'un message. Autrement dit, cette émission intervient après écoulement du temps normalement réservé à l'émission du ou des appareils qui ne sont pas en service. Elle provoque la resynchroniSation des appareils suivants sur le début du message émis par l'appareil NO 4. Que ceuxci soient en service ou non, un nouveau cycle d'émission ne commence qu'après l'écoulement de (N-4) intervalles, égaux à AT en cas de non émission de l'appareil correspondant, et à AT1 en cas d'émission. Aussi, un intervalle de temps bien déterminé dans le cycle est réservé, à tout moment, à chacun des N appareils, qu'il soit en service ou non. Quand un appareil quelconque est mis en service, son message trouve donc sa place dans l'intervalle de temps qui lui est réservé, sans que la distribution chronologique des autres messages s'en trouve perturbée. Dans l'exemple de la figure 6, après un premier cycle d'émission dans lequel les appareils 0, 1, 2, 3, 5 et 15 sont en service, on a supposé que, au début du cycle suivant, l'appareil O a cessé d'etre en service. Dans ce cas, l'absence de mot de fin de message de l'appareil NO O a pour effet de réactiver un nouveau signal de temporisation AT de l'appareil NO 1, qui n'effectuera son émission qu'à la fin de cette temporisation supplémentaire. Aux figures 7 à 9, on a représenté le signal reçu par un appareil quelconque et le signal de temporisation engendré par cet appareil. Dans le cas de la figure 7, la transmission est normale et, par conséquent, comme on l'a expliqué ci-dessus, le premier mot du signal reçu réactive (ou active) le signal de temporisation, tandis que le dernier mot du signal reçu déclenche une émission. Dans le cas de la figure 8, un parasite empêche la réception correcte du premier mot d'un message. Dans ce cas, l'appareil se comporte comme si l'appareil qui aurait dû émettre ce message n'était pas en service, c'est-à-dire que, à la fin du délai AT compté à partir du début de l'émission du message précédent, un nouveau délai de temporisation est activé, lequel s'achève par la réception du premier mot du message suivant. Le message défectueux n'est pas pris en compte. A la figure 9, on suppose que le parasite intervient en fin de message. Dans ce cas, l'appareil, n'ayant pas identifié une fin de message, ne procède pas lui-même à l'émission d'un message et son signal de temporisation reste actif jusqu'à la fin de l'intervalle AT. Le premier mot du message suivant, supposé reçu correctement, est identifié comme étant, dans l'exemple illustré, le deuxième mot du message précédent. Il ne déclenche donc pas non plus une nouvelle émission. A la fin de AT, un nouveau délai de temporisation est activé. Le deuxième mot du message suivant ne peut évidemment pas être reconnu comme une fin de message. Par contre, le troisième mot du message suivant provoque normalement l'émission d'un message par l'appareil considéré. Cependant le deuxième message n'est pas exploité, puisque son premier mot n'a pas été identifié comme tel, et le premier message ne l'est évidemment pas non plus. C'est la réception du premier mot du troisième message qui réactive le signal de temporisation et resynchronise l'appareil. En définitive, une synchronisation parfaite des différents appareils est réalisée, quelles que soient les causes de perturbation et même si les durées de messages et les délais de temporisation ne sont pas rigoureusement constants, et ceci constitue un avantage important du mode d'exécution décrit. La réalisation matérielle et/ou logicielle des agencements décrits est à la portée de l'homme du métier. On a vu que chaque appareil, à la réception d'un message, teste s'il a une ou plusieurs cartes de sortie ayant les mêmes numéros que la ou les cartes d'entrées dont les numéros figurent dans le message et, si c'est le cas, envoie les données contenues dans ces cartes d'entrées sur ses propres cartes de sortie de même numéro. Les données des cartes d'entrées sont stockées en mémoire. Les changements d'état d'au moins 1 bits sont émis avec une priorité supérieure à celle des cartes qui n'ont pas changé d'état. S'il arrive qu'au bout d'un délai donné, aucune inscription n'est intervenue dans la mémoire d'une carte de sortie, cela signifie qu'un incident s'est produit, tel qu'une coupure de ligne par exemple. Le dispositif CT envoie alors un signal à C6 qui informe l'utilisateur et joue ainsi le rôle de "chien de garde". I1 va de soi que diverses modifications pourront être apportées à l'installation décrite et représentée, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Revendications de brevet 1. Installation de transmission numérique; par ligne bifilaire, d'informations fournies par des capteurs et d'or des destines à des actionneurs, comprenant une Signe de transmission bifilaire (L1L2) et une pluralité de stations émettrices-réceptrices (NA-O...NA-5...) raccordées à cette ligne et munies chacune d'une ou plusieurs voies parallèles d'entrées numériques (NC EN) et/ou analogiques (NC EA) et de sorties numériques (NC-SN) et/ou analogiques (NC-SA) et de moyens (UART) de sérialisation des informations correspondant a ces voies et est caractérisée, en combinaison a) par l'application, à la ligne bifilaire, d'une tension d'alimentation (AL) que les éléments d'information "tout ou rien" fournis par les stations ont pour effet de mettre en court-circuit pour définir l'un des deux nivcaux logiques correspondants ; b) par le matérialisation des voies sous la forme d'une pluralite de cartes (NC-1, NC-2...) identifiées chacune par un @ombre binaire et raccordables è volonté à chaque station et par un agencement de l'installation pour autoriser la mise en service à volonté d'un nombre variable de stations (NA-0, NA-1...) identifiées chacune par un nombre binaire ; c) par le fait que chaque station comprend une unité centrale (UC) agencée pour identifier les nombres d''@@@tification des stations et des cartes ; d) par l'établissement d'une configuration déssirée quel c@@que des liaisons en agençant l'unité centrale de chaque station pour qu'elle reçoive en permanence des messages, de durée prédéterminée, provenant de l'ensem @le des autres stations en service, mais n'exploite que @'information provenant de celles des cartes d'entrée qui ont les mêmes numéros d'identification que ses propres cartes de sortie ; et e) par un agencement des unités centrales des stations tel que l'émission de messages par les stations en service intervienne de manière cyclique dans l'ordre de leurs numéros d'identification croissants, au cours d'intervalles de temps successifs (AT1) de chaque cycle réservés chacun à ltëmission d'un message par une station bien déterminée, que celle-ci soit en service ou non et en nombre égal au nombre maximum de stations prévu pour l'installation. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'unité centrale de chaque station est agencée a) pour engendrer, à partir de la mise sous tension de ladite station, une temporisation de durée égale au produit dudit nombre maximum de stations, par un délai unitaire (AT) au moins égal à ladite durée (AT1) d'un message b) pour engendrer, lors de la réception d'une information de début de message, un nouveau délai unitaire de tempo risation ; c) pour reconnaltre la fin d'un message reçu et identifier l'appareil qui l'a émis ; d) pour émettre elle-même un message à la fin du message précédent lorsque celui-ci a été correctement reçu et identifié comme provenant de la station de numéro précé dent ; e) dans le cas contraire, pour engendrer, à la fin du délai visé en (b) autant de délais unitaires supplémentaires qu'il y a de stations intermédiaires dont le message n'a pas été émis ou correctement reçu et pour émettre elle même un message à la fin de ces délais supplémentaires. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque message comprend un premier mot contenant l'indication du numéro d'une carte et un dernier mot contenant un bit d'identification de fin de mes sage et le numéro d'identification d'un appareil.