Brevet FR2566202A1 — publié le 19851220

Dispositif de distribution d'énergie L'invention concerne la distribution d'énergie basse tension. Quel que soit le domaine d'activité considéré, la recherche de meilleures performances est une préoccupation permanente des entreprises ; ainsi l'automatisation de plus en plus poussée des moyens de production et l'optimisation de la consommation d'énergie sont elles nécessaires. C'est le plus souvent au niveau des tableaux de distribution basse tension que doivent être réalisés les automatismes ou asservissements correspondants à ces nouvelles exigences de l'exploitation. Dans le cas par exemple d'un tableau de distribution alimentant des sous tableaux, les divers consommateurs sont amenés à obéir à des asservissements d'origines diverses - programmes de délestage, relestage sur groupe électrogène, - délestage aux heures de pointe du réseau d'alimentation élec trique, - programme du suivi des consommations par rapport au contrat passé avec la Société distributrice - asservissement aux installations ou au procédé de fabrication, - programme hebdomadaire de fonctionnement. Les asservissements sont réalisés par relayage électro-mécanique, partiellement par matrice, ou par un automate programmable extérieur au tableau. Quelle que soit la technologie adoptée, la mise en oeuvre nécessite des borniers interfaces et des liaisons fil à fil avec les différents tiroirs constituant le tableau, un tiroir étant affecté à un équipement électrique utilisateur donné. En outre les asservissements fonctionnels du tableau tels que le fonctionnement de l'inverseur de source ou le démarrage automatique du groupe de secours doivent être traités soit par l'automate extérieur au tableau, avec la filerie complémentaire qui en résulte, soit par la mise en place de relais à l'intérieur du tableau comme cela se pratique habituellement, ce qui donne ainsi aux tiroirs concernés une personnalisation gênante dans un tableau débrochable, parce que conduisant à la non interchangeabilité des parties mobiles. L'invention a pour but de piloter, de contrôler et de surveiller une installation électrique incorporant des tableaux de distribution d'énergie et de gérer tout cycle de fonctionnement afin que la consommation d'énergie soit aussi économique que possible. Un autre but de l'invention est également de permettre l'interchangeabilité des tiroirs débrochables des tableaux sans avoir a modifier les liaisons entre ces tiroirs et l'automate programmable auquel le tableau est relié. L'invention a pour objet un dispositif de distribution d'énergie à des équipements utilisateurs par l'intermédiaire d'un tableau comportant des tiroirs affectés chacun à un équipement utilisateur, caractérisé par le fait que le tableau comporte un concentrateur de tableau relié à des concentrateurs de colonne, chaque concentrateur de colonne étant relié à des tiroirs, chaque tiroir d'une colonne étant relié au concentrateur de colonne par une liaison série, chaque concentrateur de colonne étant relié au concentrateur de tableau par une liaison série, lesdites liaisons série étant toutes du même type et assurant une transmission bidirectionnelle simultanée des informations entre un tiroir et le concentrateur de tableau. L'invention va être décrite à l'aide d'un exemple de réalisation illustré par les figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 représente schématiquement un tableau de distribution d'énergie selon l'invention - la figure 2 est un schéma électrique d'un tiroir du-tableau de la figure 7, - la figure 3 est un schéma synoptique fonctionnel du tiroir de la figure 2 - la figure 4 représente l'organisation générale de la procédure d'échotage utilisée dans le dispositif de l'invention. La figure 1 représente un tableau de distribution d'énergie conforme à l'invention. Un tableau de distribution comporte un concentrateur de tableau CT et des colonnes I à VIII, chaque colonne comprenant des tiroirs T1 à T12 et un concentrateur de colonne CC relié à chaque tiroir par une liaison, LT1 à LT12 ; ces liaisons sont des liaisons série à 2400 bauds, du type RS422. Le concentrateur de tableau CT est relié par des liaisons, LC1 à LC8 aux concentrateurs de colonne CC ; ces liaisons sont des liaisons série à 4800 bauds, du type RS422. Le concentrateur de tableau CT est également relié par une liaison LA à un automate de processus industriel qui est soit affecté au tableau, soit affecté à plusieurs tableaux.La liaison LA est généralement du type RS232, le concentrateur de tableau CT comportant une interface effectuant le passage d'une liaison RS422 à une liaison RS232 et vice-versa ; la liaison LA peut aussi être une boucle de courant 0-20 mA isolée. En variante, les liaisons LC et LT peuvent être réalisées en fibres optiques, le concentrateur de tableau CT, comportant alors une interface adaptée pour le raccordement à la liaison LA et les tiroirs comportant une interface adaptée pour la transformation électrique/optique, et réciproquement, des signaux à destination ou en provenance du concentrateur de tableau. La figure 2 est un schéma électrique d'un tiroir de la figure 1. Un microprocesseur MP, du type 8048 par exemple, est reliée à une interface validation 1, une interface tension auxiliaire 2, une interface protection 3, une interface position 4, et une interface arrêt d'urgence 5. L'interface validation 1 est reliée par une liaison 6 à un dispositif d'asservissement ayant un commutateur à deux positions validation et inhibition permettant ou non le fonctionnement des tiroirs en asservissement à des conditions extérieures au tiroir l'entrée de l'interface est à 24 volts, et elle est filtrée et protégée. L'interface tension auxiliaire 2 est reliée par une liaison 7 a une tension de 220 volts alternatifs ; l'entrée de cette liaison est isolée de l'interface par opto-coupleur. L'interface protection 3 a trois entrées à 24 volts, filtrées et protégées : une entrée défaut thermique TH, une entrée défaut fusible F, et une entrée défaut homopolaire H. L'interface position 4 a trois entrées à 24 volts, filtrées et protégées : une entrée position sectionneur reliée à un sectionneur 8, une entrée position premier contacteur reliée à un contacteur C1, et une entrée position deuxième contacteur reliée à un contacteur C2. L'interface arrêt d'urgence 5 est reliée par une liaison 9 a un dispositif d'arrêt d'urgence ; des bobines des contacteurs C1 et C2 sont également reliée à la liaison 9, l'arrêt d'urgence venant couper l'alimentation des bobines ce qui a pour effet d'ouvrir les contacteurs C1 et C2. Le microprocesseur MP est relié à un sélecteur de commande 10 à trois positions : automatique, locale, site, correspondant à trois bornes d'entrée a, b, c. La borne d'entrée a est reliée à un récepteur 12 par une liaison automatique qui reçoit des signaux de télécommande; lorsque le sélecteur est en position automatique, borne a, le tiroir est en fonctionnement automatique. La borne d'entrée b est reliée à un organe de commande locale 11 qui équipe le tiroir et permet une commande locale ; l'organe de commande locale 11 comporte des boutons poussoirs pour les ordres marche M1, marche M2, arrêt AR.Les boutons poussoirs pour les ordres marche M1 et M2 permettent par exemple la commande d'un moteur selon deux vitesses pour un sens de rotation ou encore un sens de rotation et le sens de rotation inverse du moteur, si le tiroir est affecté à la commande d'un moteur et selon le type de fonctionnement désiré pour le moteur. Les ordres de l'organe de commande locale 11 sont transmis aumicroproces- seur. La borne d'entrée c - est reliée à une interface commande par site 14 qui est reliée par une liaison 15 à un organe de commande situé à distance et qui comporte un bouton poussoir pour l'ordre de marche M1, un bouton poussoir pour l'ordre de marche M2 et un bouton poussoir pour l'ordre arrêt AR, cet organe de commande par site permettant donc à un opérateur d'effectuer à partir du site les mêmes commandes qutà partir de l'organe de commande locale. De plus l'opérateur peut, à partir du site, rendre l'équipement utilisateur affecté au tiroir commandable par la liaison automatique 16. Les interfaces validation 1, arrêt d'urgence 5 et commande par site 14 peuvent ne pas être utilisées dans un tiroir, ceci étant fonction du type d'équipement utilisateur d'énergie affecté au tiroir ; ces interfaces peuvent donc ne pas être montées dans un tiroir. Par contre tous les tiroirs comportent une interface tension auxiliaire 2, une interface protection 3 et une interface positions 4, nécessaire pour la signalisation qui permet de connaître l'état de fonctionnement du tiroir et de l'équipement qui lui est affecté. Un ensemble fonction 17, constitué par quatre micro-interrupteurs reliés chacun au microprocesseur permet de sélectionner la fonction du tiroir selon le type de l'équipement utilisateur auquel il est affecté (moteur, disjoncteur, contacteur simple, ... etc) ; les micro-interrupteurs sont positionnés manuellement à la mise en service du tiroir ; chaque micro-interrupteur est relié soit à la masse (signal de valeur "0") soit à un fil porté à un potentiel positif (signal de valeur "1"). Le microprocesseur MP est relié à un émetteur 13 pour émission de la télésignalisation. L'émetteur 13 et le récepteur 12 sont reliés par la liaison LT au concentrateur de colonne. Le microprocesseur MP est également relié à organe exécution de la commande 18, auquel il transmet des signaux correspondant aux ordres marche M1, marche M2, arrêt AR ; l'ordre marche M1 entraîne la fermeture du contacteur C1, et tordre marche M2 entrasse la fermeture du contacteur C2, ces contacts étant reliés à l'interface position 4. Le microprocesseur MP est donc informé par l'intermédiaire de l'interface position 4 de la bonne, ou de la mauvaise exécution de l'ordre. Le microprocesseur MP transmet également à l'organe exécution de la commande 18 un signal de défaut qui fait clignoter une lampe D ; après acquittement du défaut la lampe D est allumée en permanence. L'acquittement du défaut est effectué manuellement à l'aide d'un bouton poussoir ACD, lorsque le tiroir n'est pas en fonctionnement automatique, et un signal d'acquittement est reçu par le microprocesseur MP qui le transmet par la liaison LT à l'automate de processus industriel auquel est relié le tableau, cet automate étant informé en permanence du fonctionnement des tiroirs du tableau, même s'il ne commande pas leur fonctionnement. Les états transmis correspondent à : marche M1, marche M2, arrêt validé, arrêt non validé, acquit défaut ; sont également transmis à l'automate la position du sectionneur et la position, manuelle ou automatique, de la commande de l'équipement utilisateur. Toute apparition d'un défaut provoque l'arrêt de l'équipement, sauf le défaut homopolaire en régime de neutre isolé. Le tiroir est maintenu en défaut tant que celui-ci subsiste et tant qu'il nta pas été acquitté. Après l'apparition d'un défaut seuls l'ordre d'acquittement du défaut et la demande d'état sont actifs. L'organe exécution de la commande 18 comporte également un bouton TL qui permet l'essai des lampes de signalisation correspondant à marche M1, marche M2, arrêt AR et défaut D. Le tiroir comporte un compartiment basse tension 19 qui regroupe tout l'appareillage basse tension nécessaire au fonctionnement du tiroir et de l'équipement utilisateur auquel le tiroir est affecté. La figure 3 est un schéma synoptique fonctionnel du tiroir de la figure 2. La figure 4 représente l'organisation générale de la procédure d'échotage utilisée dans la transmission entre un tiroir et l'automate de processus industriel, tant en commande (lorsque celle-ci est automatique) qu'en signalisation (commande automatique ou non). Les transmissions des informations se font en série, les informations étant codées et formatées en deux mots, le premier mot étant affecté à l'adresse du tiroir, le deuxième étant affecté aux données (télécommande ou télésignalisation). Deux niveaux de concentration sont réalisés, le premier par le concentrateur de colonne CC, le second par le concentrateur de tableau CT (figure 1). Le concentrateur de colonne assure une liaison vers chacun des tiroirs T1 à T12 de la colonne. Ces liaisons colonne tiroir se font dans les deux sens simultanément (full duplex) suivant la norme RS422 (transmission différen- tielle), à la vitesse de 2400 baudes. Chaque concentrateur de colonne a une liaison série, deux sens de transmission simultanés avec le concentrateur de tableau suivant la norme RS422, à la vitesse de 4800 bauds. Une liaison série à deux sens de transmission simultanés assure la transmission vers i'automate de processus industriel. Un tiroir et l'automate sont donc à la fois émetteur et récepteur. Les concentrateurs de colonne et de tableau ont un rôle d'aiguillage des informations. En télécommande ils assurent un décodage d'adresse (numéro du tiroir pour le eoncentrateur de colonne, et numéro de la colonne du tiroir concerné pour le concentrateur de tableau) et transmettent la télécommande ; le concentrateur de tableau transmet la télécommande et l'adresse du tiroir, alOrs que le concentrateur de colonne ne transmet que la télécommande. En télésignalisation, chaque tiroir émet les signaux de signalisation, le concentrateur de colonne génère adresse du tiroir et transmet cette adresse suivie de la télésignalisation, et le concentrateur de tableau complète l'adresse du tiroir par celle de la colonne et transmet adresse et télésignalisation à l'automate de processus industriel, ou a une unité centrale de tableau. Les tiroirs ignorent leur adress, celle-ci n'étant faite que par le choix des raccordements sur les concentrateurs de colonne et de tableau. Pour assurer une sécurité de fonctionnement les transmissions se font par la méthode d'échotage, tant en télécommande qu'en télésignalisation. Cette procédure d'échotage se fait sur la transmission complète entre un tiroir et l'automate de processus industriel. L'émetteur (tiroir ou automate) envoie un message direct qui est reçu par le récepteur (tiroir ou automate) qui le réémet en message écho vers ltémetteur. Les deux messages, direct et écho, sont comparés par l'émetteur ; s'ils sont concordant l'émetteur envoie un message identique pour acquit, et la transmission prend fin, le message direct étant pris en compte par le récepteur. S'il y a discordance entre le message direct et le message écho, il y a répétition de la procédure, l'émetteur envoyant un message direct cette répétition, s'il y a discordance, est renouvelée un certain nombre de fois, cinq par exemple ; s'il y a toujours discordance la transmission est réputée définitivement défectueuse. Lorsque l'émetteur a envoyé un message d'acquit suite à la concordance entre les messages direct et écho, le récepteur compare le message d'acquit avec le message direct ; s'il y a concordance le récepteur exécute l'ordre transmis ; s'il y a discordance il émet un code fixe NAK pour relancer la procédure. Sur la figure 4 on a représenté l'organisation générale de ltéchotage entre un émetteur et un récepteur ; en réalité l'automate et un tiroir jouent chacun les deux rôles d'émetteur et de récepteur simultanément, et les messages de commande et de signalisation s'intercalent en temps réel. En plus des pointeurs classiques (parité, start, stop) utilisés dans la transmission série, des pointeurs sont transmis pour assurer le contrôle entre message direct et message écho et acquit, et pour assurer le contrôle entre le mot adresse et le mot donnée d'un message. Les tiroirs du tableau sont débrochables, et à l'embrochage du tiroir, l'équipement correspondant est à l'arrêt Le débrochage d'un tiroir est reconnu par le concentrateur de colonne correspondant qui détecte une- coupure de la liaison LT avec le tiroir. L'automate de processus industriel, même s'il ne commande pas l'équipement utilisateur auquel un tiroir est affecté (commande manuelle, donc non automatique), permet la gestion propre à la distribution basse tension, et ainsi de connattre en permanence l'état de-chaque tiroir. Le dispositif de l'invention permet une standardisation du câblage entre d'une part le concentrateur de tableau et les concentrateurs de colonnes et d'autre part entre les concentrateurs de colonne et les tiroirs, ainsi que la standardisation du câblage relatif à l'alimentation auxiliaire des tiroirs (compartiment basse tension). D'autre part, la structure d'un tiroir selon la figure 2 permet de satisfaire à la très grande majorité (98%) des cas d'équipements utilisateur d'énergie; pour les cas d'équipements particuliers, il faudra adapter certains organes, par exemple l'organe de commande locale 11, et l'organe exécution de la commande 18, ou prévoir une interface particulière, la liaison avec le concentrateur de colonne n'étant pas mise en cause, ni la procédure de transmission par échotage. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de distribution d'énergie à des équipements utilisateurs par l'intermédiaire d'un tableau comportant des tiroirs affectés chacun à un équipement utilisateur, caractérisé par le fait que le tableau comporte un concentrateur de tableau (CT) relié à des concentrateurs de colonne (CC), chaque concentrateur de colonne étant relié à des tiroirs (T1 à T12), chaque tiroir d'une colonne étant relié au concentrateur de colonne par une liaison série (LT), chaque concentrateur de colonne étant relié au concentrateur de tableau par une liaison série (LC), lesdites liaisons série étant toutes du meme type et assurant une transmission bidirectionnelle simultanée des informations entre un tiroir et le concentrateur de tableau. 2/ Dispositif de distribution d'énergie selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un tiroir comporte un microprocesseur (MP) relié par un émetteur (13) au concentrateur de colonne (CC), un sélecteur de commande (10) ayant une première entrée (a) reliée par l'intermédiaire d'un récepteur (12) au concentrateur de colonne pour une commande automatique, et une deuxième entrée (b) reliée à un organe de commande locale (11) ledit sélecteur étant relié au microprocesseur, un organe exécution de la commande (18) relié au microprocesseur, un ensemble fonction (17) relié au microprocesseur, pour sélectionner la fonction à remplir par le tiroir selon le type d'équipement utilisateur auquel il est affecté, et des interfaces reliées au microprocesseur pour permettre de connaître par télésignalisation l'état de fonctionnement du tiroir et de l'équipement utilisateur, lesdites interfaces étant une interface tension auxiliaire (2), une interface protection (3) et une interface positions (4). 3/ Dispositif de distribution d'énergie selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le sélecteur de commande (10) comporte une troisième entrée (c) reliée à une interface commande par site (14) pour une commande à distance. 4/ Dispositif de distribution d'énergie selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le tiroir comporte en outre une interface validation (1) pour un asservissement à des conditions extérieures. 5/ Dispositif de distribution d1énergie selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les liaisons (LT) entre les tiroirs et les concentrateurs de colonne d'une part, et les liaisons (LC) entre les concentrateurs de colonne et le concentrateur de tableau d'autre part sont réalisées à l'aide de fibres optiques.