Brevet FR2584550A1 — publié le 19870109

-1 L'invention se situe dans le domaine des commu- tateurs électroniques et a pour objet une modification d'un détecteur de proximité inductif de réalisation de base connue, pour en faire un détecteur de proximité inductif signalant son propre fonctionnement. Les commutateurs statiques sont des détecteurs électroniques qui présentent deux états définis, auxquels est asservi un signal logique "bas" ou "haut". La commu- tation d'un état à l'autre est utilisée pour déclencher ou indiquer un nouvel état. Des détecteurs de ce type sont employés par exemple dans les chaines de fabrication et servent à surveiller des éléments de machines et/ou à trier des parties de produits. L'installation repose sur le bon fonctionnement des détecteurs; une défaillance de fonctionnement non décelée d'un seul détecteur peut entraîner des dérangements importants. Pour y remédier, on cherche à accroître la fiabilité du détecteur d ns le sens de valeurs MLTBF (temps moyen entre défaillances) élevées et/ou à surveiller les états de fonctionnement autorisés/non autorisés du détecteur et à signaler ou à réparer le mauvais fonctionnement détecté. - L'objectif poursuivi par l'invention concerne ce deuxième aspect de la surveillance et vise à réaliser un détecteur de proximité statique indiquant son propre fonctionnement et sa propre défaillance éventuelle, en évitant d'intervenir activement dans le fonctionnement. Ce but est atteint en ce qu'un détecteur de proximité inductif connu, protégé contre les courts- circuits et de polarité fixe, est modifié de manière à délivrer un signal à une sortie d'indicateur lorsqu'on est en présence d'un état de fonctionnement non régulier; par exemple pour les états suivants: courtscircuits ou interruptions à la sortie du détecteur, niveau erroné à la sortie de l'oscillateur, mauvais fonctionnement de l'étage d'excitation (par exemple du discriminateur de Schmitt), coupure de l'alimentation, coupure de la ligne d'essai, etc. La modification suivant l'invention est caractérisée en ce que les éléments de circuit coopérant dans un circuit de fonctionnement, sont reliés dans un circuit de contrôle intégré au détecteur pour former un circuit supplémentaire de contrôle. Le détecteur de proximité équipé suivant l'invention se contrôle totalement, à l'état atténué ou à l'étatnon atténué. Au cours des commutations MARCHE/ ARRET ou ARRET/MARCHE, seul un contrôle réduit est possible. Les rapports de temps sont en règle générale tels que cette transition n'entraîne pas des pertes de fiabilité. Lors de l'emploi du détecteur décrit ici présentant des états de commutation très nets, l'utilisa- teur dispose d'un commutateur s'auto-contrôlant entiè- rement qui délivre immédiatement à la sortie d'essai tout défaut de fonctionnement et ceci de manière active, sans qu'il soit nécessaire de l'y inviter à partir des commandes et sans qu'une ligne de commande électronique extérieure soit nécessaire. Diverses autres caractéristiques ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Deux formes de réalisation de l'invention représentées à titre d'exemple non limitatif aux schémas de circuits annexés auxquels: La figure 1 est un détecteur de proximité complet, s'auto-contrôlant, équipé suivant l'invention, La figure 2 représente un premier mode de réalisation d'un circuit de contrôle, La figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'un circuit de contrôle, et La figure 4 est un diagramme structurel relatif au deuxième mode de réalisation. Un détecteur de proximité ordinaire, inductif, protégé contre les courtscircuits et de polarité fixe, comporte en règle générale, un oscillateur, un circuit générateur de signaux, un étage final (de puissance) et une protection contre les courts-circuits. Ces groupes fonctionnels sont regroupés dans la figure 1, dans un bloc fonctionnel 1, le détecteur proprement dit, qui comporte l'oscillateur 10, un discriminateur de Schmitt 11 préparant le signal pour l'oscillateur et un étage final de puissance 13 commandé par ce discriminateur de Schmitt. L'étage final se situe dans un circuit de protection contre les courts-circuits 12 qui lors d'un court-circuit bloque le discriminateur de Schmitt en tant que générateur de signaux. Voici comment on peut décrire de manière simplifiée un mode de réalisation, donné à titre d'exemple, d'un détecteur de proximité statique connu. Un commutateur 1 de ce type est modifié suivant l'invention par un circuit de surveillance 20 intégré au commutateur, qui représente, dans un deuxième bloc fonctionnel 2, le circuit de contrôle. On suppose dans ce cas que pour exploiter un "signal de contr8le" on a besoin en un endroit quelconque du circuit d'un étage final ou d'un étage d'excitation. Pour plus de clarté, un tel étage' final 21 a été représenté dans le bloc fonctionnel 2 pour le contrôle du détecteur, bien qu'il ne soit pas essentiel à l'invention. Le détec- teur de proximité s'auto-contrôlant, dispose, par l'inté- gration du circuit de contr8le, d'une deuxième sortie d'alarme A2 en plus de la sortie habituelle A1 du com- mutateur. Le circuit de contr8le 20 présente plusieurs lignes de contrôle El, E2, E3, E4, etc., et une sortie A à laquelle apparaît un signal d'alarme en cas de défaut de fonctionnement du détecteur de proximité ou de l'unité non représentée ici, montée à la sortie Al. Ce signal indique un état de fonctionnement défectueux du détecteur de proximité lui-même, ainsi que l'état de commutation du détecteur de proximité qui, par exemple, signale une défaillance intervenue dans le système contrôlé par les détecteurs, par exemple dans une chaîne de fabri- cation. C'est ainsi que ce détecteur de proximité contrôle non seulement son propre fonctionnement interne, mais également sa propre activité. Dans l'exemple de circuit de contrôle 20 décrit ici, les signaux de sortie de l'unité d'oscillateur 10 sont en plus envoyés vers une entrée El. A une autre entrée E2, on dispose du signal de sortie du circuit de protection contre les courts circuits 12 qui indique l'état court-circuit OUI/NON. Une autre entrée E3 envoie les signaux de sortie du discriminateur de Schmitt 11 au circuit de contrôle 20, pour le contrôle de commande de l'étage final 13 et une autre entrée E4, reliée à la sortie de l'étage final 13, oriente le circuit de contrôle sur l'état de commutation du détecteur de proxi- mité. Il sera expliqué en détail dans les deux exemples de réalisation ciaprès la manière dont les lignes de contrôles E1 à E4 et leurs signaux sont reliés entre eux dans le circuit de contrôle 20. Mais auparavant, il sera fait encore quelques remarques à propos des différentesdétections de signaux. Le signal de sortie bistable d'un détecteur de proximité statique est le produit d'un processus relativement complexe de détection et de génération de signaux selon une technique analogique poussée. Les deux simples états de sortie MARCHE/ARRET ne sont pas en mesure d'indiquer un mauvais fonctionnement; MARCHE peut être juste ou faux, ARRET peut être juste ou faux. On ne peut donc attendre a priori du signal de sortie du commutateur qu'il fournisse une indication parfaite. Or, on s'en remet aux états "MARCHE/ARRET de détecteurs de proximité" pour commander des machines ou des instal- lations complètes dans une stratégie des processus de fabrication, lorsqu'au détecteur appara t l'un des deux états. Lorsque l'on examine sur le plan de la technique de fonctionnement le commutateur, on découvre parmi différents éléments fonctionnels, des états dits indéfinis qui provoquent un état de sortie défini ARRET ou MARCHE, par exemple le fonctionnement défectueux du discriminateur de Schmitt tandis que les autres fonctions sont intactes, etc. Ce fonctionnement défectueux ne peut être lu à la sortie du discriminateur de Schmitt, pas plus qu'à la sortie du détecteur "bloqué", et n'est décelable que lorsque le fonctionnement général est défaillant. Il manque toujours une information qui, en liaison avec un fonctionnement défectueux, fait apparaître un comportement défectueux. Pour l'auto-contrôle du commutateur, les différents éléments fonctionnels de celui-ci qui habituel- lement ne sont reliés entre eux que dans un circ-it de fonctionnement, doivent être reliés en plus dans un circuit de contrôle qui a pour rôle de faire appa- raître la vérité. Cette liaison est réalisée au moyen du circuit de contrôle 20, sa sortie A ou A2 indique la vérité de la sortie de fonctionnement A1. Le circuit de contrôle dans l'exemple montré à la figure 1 englobe les informations: El, E2, E3, E4,... En, et leurs combinaisons telles que Et/E2; El/E3; El/E4; E2/E3; E2/E4; E3/E4; E1/E2/E3; E1/E2/E4; E2/E3/E4; E1/E2/E3/E4, etc. de manière commutative. Pour représenter l'état certain, il n'est pas nécessaire d'utiliser chaque élément de la quantité d'informations. Selon le type de circuit de fonctionnement d'un commutateur, la teneur des informations disponibles varie, celle-ci étant toujours suffisante selon l'invention pour un circuit de contrôle prévu. Les deux modes de réalisation ci- après montrent en plus de deux liaisons logiques possibles, deux réalisations matérielles différentes, une forme câblée fixe et une forme pouvant être insérée dans un circuit programmable. La figure 2 montre un premier mode de réalisa- tion d'un montage de contrôle des signaux décrits en référence à la figure 1 et des lignes de contrôle El à E4, ou jusqu'à En dans le cas d'autres éléments de contrôle tels que détecteurs thermiques 32 et/ou détec- teurs de pression 33 dans le détecteur de proximité 1, voir figure 1. On peut aussi recourir à l'emploi d'un capteur d'humidité 34, en remplacement des autres éléments de contrôle ou avec ceux-ci. La sortie de l'oscillateur est reliée à un comparateur à fenêtres 22 comportant deux fenêtres pour plages H/B autorisées, pour le contrôle de niveau du signal de l'oscillateur. L'information de niveau ne renseigne toutefois pas sur la dynamique de l'oscillateur dont les états changeants doivent encore être détectés. Cette détection s'effectue dans un circuit composé d'un multivibrateur monostable 25 comportant un temporisateur et un circuit XOR 26. A la sortie 22A du comparateur à fenêtres 22, des signaux devraient apparaître alternativement pour les deux niveaux. Une petite mémoire formée par le multivibrateur monostable 25 à la sortie 25A duquel se trouve encore l'ancien état, contrôle si la succession est bien alternative et si le niveau reste haut ou bas. Si le "passé" est égal au présent à la sortie 22A, il faudra admettre que l'oscillateur est resté bloqué à un niveau. Il appar- tient à un circuit XOR monté en aval de le constater en effectuant à chaque fois la comparaison et en déli- vrant à sa sortie 26A un signal 1* pour "oscillateur oscille". Dans le circuit de fonctionnement, le signal de l'oscillateur est envoyé au discriminateur de Schmitt 11 qui donne aux signaux de l'oscillateur la forme de signaux carrés définis. Les signaux pourraient alors à ce moment être exploités dans les lignes de contrôle El/E4. Mais étant donné que le signal du discriminateur de Schmitt est reproduit directement ou de manière inverse par l'étage final 13, on peut, comme il a été dit plus haut, recourir à un autre élément d'information, à savoir E2 pour le signal du discriminateur de Schmitt et E3 pour le signal amplifié du discriminateur de Schmitt. Dans cet exemple, on a inversion du signal lors de l'amplification; si tel n'est pas le cas, l'étage final ne fonctionne pas. Pour le montage de contrôle des lignes de contrôle E2 et E3, on se sert d'un circuit XOR 23 dont la sortie 23A délivre le signal 2*XOR3* pour "signal du discriminateur de Schmitt amplifié". Cette information ne renseigne pas non plus sur la dynamique. Par exemple, dans le cas d'un court-circuit, la charge du discrimina- teur de Schmitt suspendue au détecteur est maintenue par le circuit de protection contre les courts-circuits 12 (figure 1) et l'état inverse attendu est statique, mais pas pour autant inexact. Un circuit de mémoire similaire, comme décrit en relation avec le contrôle de l'oscillateur, exploite un signal provenant de la sortie du circuit de protection contre les courts-circuits 12 à l'entrée E4 du circuit de contrôle 20. E4 mène un multivibrateur monostable 24 dont le deuxième état est maintenu stable pendant une durée déterminée. Cet état dynamique apparaît à la sortie 24A du multivibra- teur monostable 24 sous la forme du signal 4* qui indique en cas de courtcircuit uniquement, l'un des états stables du multivibrateur. Les signaux des sorties 23A, 24A, 26A donnent dans un circuit T un signal pour "bon fonctionnement du commutateur" ou "défaillance". En cas de contrôle de courts-circuits, ceux-ci ne se réfèrent pas uniquement au commutateur, mais également à son état de sortie qui peut indiquer aussi une défaillance, par exemple dans la chaîne de fabrication. Les signaux 1* pour "oscillateur fonctionne"', 2*XOR3* pour "signal de discri- minateur de Schmitt amplifié" et 4* pour "pas de court- circuit", sont regroupés dans un circuit NON-ET 27 pour le signal de sortie A qui indique un fonctionnement régulier uniquement en présence des trois caractéristiques de qualification. L'autre état indique une défaillance, sans toutefois l'identifier Ceci est cependant possible si en plus du signal T, on indique les différents états. Après cette description très détaillée d'un mode de réalisation faisant appel à des composants discrets, et pour que l'idée qui préside à ceci soit bien claire, il sera décrit ci-après un mode de réalisa- tion "intelligent" en référence à la figure 3 qui fait appel à un processeur et à des moyens de mémoire. En partant du même montage de fonctionnement que celui du détecteur selon la figure 1, le circuit de contrôle 20 selon la figure 3 montre les lignes de contrôle El à E4 qui mènent à un circuit d'exploitation, ici à un circuit numérique 30. Ce circuit représenté comme un unique bloc fonctionnel dispose d'un proces- seur et de moyens de mémoire ainsi que d'un logiciel additionnel ou résidant. Tandis que dans le mode de réalisation selon la figure 2, les circuits logiques sont réalisés avec des moyens de commutation discrets, tel n'est pas le cas avec la réalisation active avec microprocesseur. Tous les états statiques et dynamiques sont traités par le processeur. Le circuit de contrôle, à l'exception du matériel indispensable, dépend ainsi du logiciel et est nettement plus différencié, avec une complexité de circuit à peine plus grande. La sortie d'un bus excitateur de canalisation 35 est reliée à -un bus d'alarme qui reçoit par--exemple du circuit d'exploitation, du circuit numérique 30 des mots en série, par exemple des mots à 8 bits qui peuvent être directement associés à la cause de la défaillance. Le diagramme structurel de la figure 4 montre un mode de réalisation de la solution à microprocesseur selon laquelle un détecteur de proximité équipé d'un microprocesseur peut fonctionner suivant l'invention. Au début, c'est-à-dire après la mise en marche du circuit de fonctionnement, une routine d'initialisation est exécutée, qui est désignée par INIT. Elle comprend par exemple les opérations effaçage de mémoire, chargement de registre, remise à zéro, sortie d'alarme, édition message d'erreur 0, etc., c'est-à-dire la réalisation d'un état de base. Un sous-programme peut encore exécuter un auto-essai, afin de définir l'état de base. A partir de la routine INIT, le fonctionnement passe à une boucle sans fin, désignée par LOOP. Cette boucle sans fin établit un état comparable au premier mode de réalisation dans lequel les connexions analogues sont reliées en parallle à un circuit de contrôle "constamment présent" dans le temps. LOOP remplace donc l'interrogation simultanée réalisée dans le premier mode de réalisation. Le module provoque la mise en mémoire des lignes de contrôle El à En et le traitement des informations El, E2, E3, E4... En, et leurs combinaisons telles que El/E2; El/E3; El/E4; E2/E3; E2/E4 E3/E4; El/E2/E3; El/E2/E4; E2/E3/E4; El/E2/E3/E4, etc., de manière commutative. Voir également le premier exemple réalisé avec des moyens discrets. Les liaisons sélectionnées ou prédéterminées par le programme des entrées analogiques et les conditions que la liaison doit remplir, sont vérifiées dans le module 50 suivant. Une comparaison de niveau ou comparai- son d'état trie les états défectueux, cependant que les différentes informations des grandeurs de sortie assemblées pour former une nouvelle condition, ne dispa- raissent pas, contrairement à la solution analogue du premier mode de réalisation, mais restent en mémoire. Ceci permet d'identifier la cause de la défaillance, de sorte que l'on peut indiquer non seulement son état, mais aussi son "adresse" à la sortie de bus 35. Le module 60 enfin détermine l'édition d'un message d'erreur, par eXemple (F7,F6,F5,F4,F3,F2,Fl,F0)=(10010001), c'est- à-dire que l'état défectueux est généré par les défauts F7,F4,F0. F7 à F0 est défini par convention et dépend des liens cités ci-dessus El----En et leurs conditions. Une recherche supplémentaire est possible dans le module 40 si par exemple l'entrée analogue Ei est comparée à un seuil 1 pour un état et à un seuil 2 pour l'autre état. On peut ainsi constater aussi l'état seuil 1 REVENDICATIONS 1. Détecteur de proximité statique comportant les unités fonctionnelles suivantes regroupées dans un circuit de fonctionnement: un détecteur de proximité (10) (inductif/capacitif), un élément de circuit (11) préparant les signaux destinés au capteur (circuit formeur d'impulsions), avec un étage final (13) pour la génération d'un signal utile et avec ou sans circuit de protection contre les courts-circuits (12), caractérisé en ce que les éléments de circuit (10,11, 13 et éventuellement 12) coopérant dans un circuit de fonctionnement, sont reliés dans un circuit de contrôle (20) intégré au détecteur pour former un circuit supplémentaire de contrôle. 2. Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes de contrôle (El, E2, E3, E4) sont reliées, pour le circuit de contrôle (20) aux sorties de chaque unité fonctionnelle d'un détecteur de proximité comportant un circuit d'oscillateur (10), un circuit formeur d'impulsions (11), un étage final (13) et un circuit de protection contre les courts-circuits (12), 3. Commutateur selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le circuit de contrôle est constitué d'un comparateur à fenêtres (22) avec un premier multi- vibrateur (25) monté en aval et un premier circuit XOR (26) relié aux sorties du comparateur à fenêtres (22) du premier multivibrateur (25) pour délivrer une information à l'oscillateur (1*); et d'un deuxième circuit XOR (23) pour délivrer une information (2*/3*) du circuit formeur d'impulsions (2*) et de l'étage final (3*); et d'un deuxième multivibrateur (24) pour délivrer une information de protection contre les courts-circuits (4*) et d'un élément de circuit ET (27) pour relier les informations (1*, 2*/3*, 4*). 4. Commutateur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les lignes de contrôle (El, E2, E3, E4) du circuit de contrôle (20) sont reliées aux sorties de chaque unité fonctionnelle d'un détecteur de proximité comportant un circuit d'oscillateur (10), un circuit formeur d'impulsions (11), un étage final (13) et un circuit de protection contre les courts-circuits (12). 5. Commutateur - selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de contrôle (20) comporte un processeur et une mémoire et présente à sa sortie (A) des messages destinés à identifier une cause de défaillance. 6. Commutateur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que des éléments de surveillance (31, 32, 33) sont utilisés dans le détecteur (1) en plus des unités fonctionnelles du circuit de fonctionnement. 7. Commutateur selon la revendication 6, carac- térisé en ce que des lignes de contrôle supplémentaires (En-ln, En) et un circuit de contrôle (20) sont prévus pour constituer le circuit supplémentaire de contrôle des éléments de surveillance (31, 32, 33). 8. Commutateur selon la revendication 7, carac- térisé en ce qu'un détecteur de pression (33) et/ou un détecteur de températures (32) sont utilisés dans le circuit de contrôle (En-l, En, 20). 9. Commutateur selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'on utilise un détecteur d'humidité (31) dans le circuit de contrôle (En-l, En, ).