Brevet FR2585159A1 — publié le 19870123

L invention concerne un dispositif de conduite et de surveillance d'une installation industrielle par transmission d'informations et d'ordres par voie optique. On connait des installations industrielles qui comportent une partie active dans laquelle est effectué le processus industriel et un poste de conduite et de surveillance séparé de la zone renfermant la partie active de l installation. La partie active de 1 installation industrielle comporte des moyens de mesure, de contrôle et de commande qui sont associés aux divers composants de cette partie active pour permettre leur conduite et leur surveillance. Ces moyens de mesure de contrôle et de commande peuvent etre extremement nombreux et doivent etre reliés au poste de conduite par un ensemble de conducteurs permettant de transmettre les informations et les ordres assurant la commande et le contrôle de l'installation en fonctionnement, sous forme de signaux électriques. De tels dispositifs de conduite et de surveillance utilisant des signaux électriques présentent des inconvénients dans le cas de certaines installations. en particulier, lorsque la zone active n'est pas accessible lorsque 1 installation est en fonctionnement ou lorsque des substances explosives ou inflammables sont traitées dans cette zone. On a proposé dans la demande de brevet n 85-09335 déposée le 19 Juin 1985, au nom de la Société FRAMATOME & Cie, un procédé et un dispositif permettant de transmettre les informations et les ordres par voie optique, entre un poste de conduite et la zone active d'une installation industrielle. Ce procédé consiste à élaborer un rayonnement lumineux à large bande spectrale. à l'interieur du poste de conduite et à envoyer ce rayonnement lumineux. grace à une fibre optique, dans la zone active de l'installation.Dans cette zone active, le rayonnement lumineux à large bande spectrale est fractionné par longueur d'onde pour obtenir une pluralité de rayonnements unitaires de longueurs d'onde différentes qui sont envoyés, grâce à des fibres optiques0 chacun sur un moyen de mesure ou de commande associé à la partie active de l'installation. Les rayonnements lumineux unitaires sont modulés par les moyens de mesure ou de commande qui sont généralement constitués par des capteurs de type optique et deviennent ainsi porteurs de l'information fournie par les capteurs.Les rayonnements unitaires porteurs de l'information sont multiplexés puis renvoyés par une seconde fibre optique, dans le poste de conduite où ils sont demultiplexés puis exploités par un ensemble de traitement qui comporte généralement des convertisseurs opto-électroniques, les signaux définitifs étant traités sous forme électrique à l'intérieur du poste de conduite. Le dispositif correspondant comporte un premier coupleur ou polychromateur à l'intérieur du poste de conduite permettant de coupler diverses sources optiques pour créer le rayonnement à large bande spectrale et pour l'envoyer dans la première fibre optique et un second coupleur ou polychromateur. dans la zone active de l'installation pour fractionner le rayonnement à large bande spectrale et pour créer les rayonnements unitaires, cet ensemble constituant l'ensemble de génération des sources optiques alimentant les capteurs. Le dispositif doit comporter de plus un ensemble de multiplexage et de démultiplexage des informations recueillies sur les capteurs. cet ensemble comportant un polychromateur dans la zone active de l'installation, un polychromateur dans le poste de conduite et une fibre optique pour joindre ces deux polychromateurs. Cet ensemble présente l'inconvénient d'ètre relativement complexe et de nécessiter l'utilisation de deux fibres optiques, l'une pour transmettre les rayons lumineux aux capteurs et l'autre pour recueillir les informations fournies par les capteurs. La fiabilité du système et la simplicité des procédures de controle sont d'autant plus grandes que le nombre de composants et de fibres de jonction du dispositif est réduit. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de conduite et de surveillance d'une installation industrielle par transmission d'informations et d ordres par voie optique entre une zone renfermant la partie active de l'installation industrielle et un poste de conduite séparé de cette partie active, qui soit d'une grande simplicité, qui possède un nombre réduit de composants et qui permette de limiter le nombre de fibres optiques de grande longueur joignant le poste de conduite à la partie active de l'installation. Dans ce but, le dispositif suivant l'invention comporte - à l'intérieur du poste de conduite, des moyens pour créer au moins une source optique stable, un coupleur optique dont l'entrée reçoit le rayonnement de la source optique et dont la sortie est reliée à une extrémité d'une première fibre optique, un coupleur extracteur intercalé sur le trajet de la première fibre optique, une seconde fibre optique reliée par une de ses extrémités à la sortie d'extraction du coupleur et par son autre extrémité à l'entrée d'un polychromateur dont les sorties sont reliées à un ensemble de traitement d'informations sous forme de rayonnement lumineux, - et, dans la zone active de l'installation. un second polychromateur dont l'entrée est reliée à la seconde extrémité de la première fibre optique et un ensemble de capteurs optiques à rétroréflexion associés à la partie active de l'installation industrielle, reliés chacun à une sortie du second polychromateur par une fibre optique, le rayonnement lumineux transmis au second polychromateur par la première fibre optique étant fractionné en rayonnements unitaires qui sont dirigés chacun sur un capteur à rétroréflexion particulier puis renvoyés au second polychromateur et de là, par la première fibre optique, au coupleur qui assure la transmission des informations fournies par les capteurs au second polychromateur par l'intermédiaire de la seconde fibre optique. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant à la figure jointe en annexe, un dispositif de conduite et de surveillance d'une centrale nucléaire à eau sous pression par transmission d'informations et d'ordres par voie optique. Sur la figure unique. on a partagé l'espace dans lequel se trouve le dispositif en trois zones successives I, II, III. par des lignes verticales 1. La zone I correspond à la salle de commande de la centrale nucléaire, la zone III à la zone active du réacteur nucléaire comportant le batiment du réacteur et la zone II représente 1 espace existant entre la salle de commande et le bâtiment du reacteur. On a également séparé l'espace occupé par le dispositif optique représenté en trois zones A, B et C, par des lignes horizontales fictives 2 recoupant les lignes verticales 1. La zone A correspond à la fonction de génération des sources optiques dans le dispositif ; la zone B correspond à la modulation des rayonnements lumineux dans les capteurs d'acquisition des paramètres mesurés de la centrale ; la zone C correspond au trai- tement des informations recueillies sous forme optique. La zone fonctionnelle A comporte. à l'intérieur de la salle de commande I, quatre oscillateurs 3a, 3b, 3c et 3d et quatre régulateurs 4a, 4b, 4c et 4d permettant la création de sources optiques 5a, 5b, 5c et 5d respectivement. Les régulateurs 4 permettent d'assurer la stabilité des sources lumineuses 5 qui sont générées par les dispositifs 3 et 4 de façon à obtenir, par couplage des rayonnements qu elles produisent, un rayonnement à large bande spectrale. Ce couplage des sources 5a à 5d est obtenu grâce à un polychromateur 6 qui peut être du type à multidiélectriques tel que décrit dans le brevet français 2.530.393 ou à réseau tel que décrit dans les brevets français 2.479.981 et 2.543.768. A la sortie du polychromateur 6 est placée l'extrémité d'entrée d'une fibre optique 8 qui recueille le rayonnement à large bande spectrale obtenu par couplage des sources 5 dans le polychromateur 6. La fibre optique 8 de grande longueur permet de transporter le rayonnement à large bande spectrale entre la salle de commande du réacteur I et la zone active de la centrale constituée par exemple par le bâtiment du réacteur III, à travers la zone II. Un coupleur 9 est intercalé sur le trajet de la fibre 8, à l'intérieur de la salle de commande, peu aprés la sortie du polychromateur 6. Ce coupleur est à titre d'exemple non limitatif du type décrit dans le brevet français n 2,536.545, c'est-à-dire un coupleur en Y. L'une des extrémités d'entrée d'une seconde fibre optique 12 est placée au niveau d'une des sorties du coupleur 9. Le rayonnement issu du polychromateur 6 est séparé en deux flux d'égale intensité lumineuse. Le premier de ces flux se propage dans la fibre 8 suivant la flèche 14 en trait plein, c'est-à-dire dans le sens allant de la salle de commande I à la zone active III. Le second se dirige selon une direction orthogonale à la fibre 8 et n'est pas utilisé dans cette application. Dans le sens inverse, le rayonnement ren voyé. après modulation dans les capteurs 20. par le polychromateur 10 se propage dans la fibre 8 suivant la flèche en trait pointillé 15c, c'est-à-dire dans le sens allant de la zone active III à la salle de commande I. Ce rayonnement est également partagé en deux flux d'égale intensité dans le coupleur 9. Le premier de ces flux revient vers la source représentée par le polychromateur 6, sans effet sur elle. Le second flux se dirige suivant une direction orthogonale à la fibre 8 allant dans le sens de la flèche en pointillé 15', vers le polychromateur 25. A son extrémité opposée au coupleur 9, la fibre optique 8 est reliée à un polychromateur 10 qui reçoit ainsi comme entrée, le rayonnement à large bande spectrale provenant des sources 5. Ce polychromateur 10 permet de fractionner le rayonnement à larg-e bande spectrale en une pluralité de rayonnements unitaires parfaitement distincts de par leur longueur d'onde, le fractionnement dans le polychromateur 10 permettant d'engendrer des rayonnements à faible largeur spectrale centrés autour d'une longueur d'onde précise, Quarante rayonnements lumineux unitaires sont ainsi produits en sortie du polychromateur 10 et envoyés dans quarante fibres optiques 18 reliées chacune à un capteur 20. L'ensemble constitué par le polychromateur 10, les fibres 18 et les capteurs 20 est situé à l'intérieur de la zone active III de la centrale nucléaire. Les capteurs 20 peuvent etre de-types différents. A titre d'exemple, les capteurs 20 sont du type à rétrorèflexion, c'est-à-dire qu'ils permettent de renvoyer dans la fibre 18, dans le sens de la flèche en pointillés 22, le rayonnement modulé obtenu à partir du rayonnement incident envoyé dans la fibre 18 dans le sens donné par la flèche 21 en traits pleins. Un autre exemple est donné par les capteurs 20' qui sont du type à simple passage et comportent, associé à l'extérieur du capteur ou à l'intérieur de celui-ci, un dispositif coupleur 35 qui permet de renvoyer la lumière après modulation dans le capteur 20 dans la fibre 18 et dans le sens de la flèche en pointillés 22'. En sortie du polychromateur 10, chaque rayonnement unitaire caractérisé par sa longueur d'onde correspondant à un capteur 20 est envoyé par la fibre optique 18 correspondante sur ce capteur. modulé par le capteur en fonction des conditions dans lesquelles se trouve le capteur. puis renvoyé par la fibre optique 18 au polychromateur 10. Le polychromateur 10 assure le multiplexage des rayonnements lumineux porteurs d'informations venant des capteurs 20 et leur introduction dans la fibre optique 8 qui permet leur transport dans le sens de la flèche 15 jusqu'au coupleur 9 qui réalise leur extraction par la fibre 12. Les rayonnements lumineux porteurs de l'information des capteurs 20 sont envoyés dans un polychromateur 25 qui réalise le démultiplexage des informations portées par ces rayonnements lumineux. En sortie du polychromateur 25, les quarante rayonnements porteurs des informations des quarante capteurs 20 sont recueillis grâce à des fibres optiques 30 et transmis à des dispositifs de traitement comportant chacun un convertisseur opto-électronique 31, un amplificateur 32 et un module de prétraitement 33. En sortie du convertisseur opto-électronique 31, les signaux optiques porteurs d'informations ont été convertis en signaux électriques qui sont traités de façon classique par l'amplificateur 32 et le module 33, On peut procéder par exemple dans les modules 33 à des traitements préalables tels que la comparaison des signaux à des seuils prédéterminés, à la comparaison des signaux entre eux ou au suivi de leur évolution dans le temps. Certaines voies correspondant à des fibres optiques 18 dans la zone active de la centrale servent à contrôler en permanence l'état des éléments du dispositif de transmission optique. Il en est ainsi de la voie 34 qui permet de tester les parties du dispositif relatives à la génération des sources, à l'acquisition des informations et au multiplexage et au démultiplexage de ces informations. On voit que les principaux avantages du dispositif suivant l'invention sont de permettre de réduire la longueur et le nombre des fibres optiques utilisées, une partie de ces fibres ayant une double fonction, de réaliser le multiplexage des informations grâce à un polychromateur servant également au fractionnement du rayonnement lumineux et à la génération des sources de rayonnement et de limiter l'utilisation de fibres optiques supplémentaires pour la transmission des informations à une seule fibre située dans la salle de commande. Ces résultats sont obtenus grâce à une utilisation de capteurs à rétroréflexion qui permet de renvoyer dans les fibres optiques servant à l alimen- tation des capteurs en rayonnements lumineux. les informations fournies par ces capteurs, sous forme d'un rayonnemènt modulé. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi qu'on peut imaginer l'utilisation de coupleurs différents d'un polychromateur à multidiélectriques ou à réseaux, pour les différentes fonctions de génération des sources, de multiplexage ou de démultiplexage. On peut utiliser tout type de capteur optique à rétroréflexion pour effectuer des mesures dans la zone active de l'installation ou pour déterminer la présence ou la position d'organes mobiles dans cette zone. On peut également imaginer l'utilisation de capteurs classiques fournissant des signaux électriques et associés à des interfaces opto-électroniques fournissant des informations sous forme de rayonnements lumineux qui sont multiplexés dans un polychromateur situé dans la zone active de l'installation. On peut également imaginer tout type de traitement des informations en retour dans la salle de commande utilisant des moyens purement optiques ou des moyens électroniques. Le dispositif suivant l'invention peut servir aussi bien pour transmettre des informations entre la salle de commande et la zone active de l installa- tion que pour transmettre des ordres de la salle de commande à la zone active, avec contrôle en retour de l'exécution de ces ordres. Le dispositif permet d'éviter l'utilisation de conducteurs électriques de grande longueur et la présence de source électrique de génération de rayonnements lumineux dans la zone active de l installa- tion. Le dispositif peut donc servir dans tous les cas où il est nécessaire d'éviter la présence de courants électriques au voisinage de substances inflammables ou explosives, dans tous les cas où l'on recherche une grande fiabilité de fonctionnement du dispositif de conduite et de surveillance, par exemple dans le domaine de l'industrie nucléaire et également dans le domaine des activités marines, sous-marines et de toute activité dite à environnement sévère (mines, pétrole, etc...), et dans tous les cas où l'on recherche une réduction de la longueur et du volume des lignes de transmission d'informations, par exemple dans le domaine de l'industrie aéronautique et spatiale. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de conduite et de surveillance d'une installation industrielle par transmission d'informations et d'ordres par voie optique entre une zone III renfermant la partie active de l'installation industrielle et un poste de conduite I séparé de cette partie active, caractérisé par le fait qu'il comporte - à l'intérieur du poste de conduite (I), des moyens (3, 4) pour créer au moins une source optique stable (5), un polychromateur optique (6) dont l'entrée re çoit le rayonnement de la source optique (5) et dont la sortie est reliée à une extrémité d'une première fibre optique (8), un coupleur (9) intercalé sur le trajet de la première fibre optique (8), une seconde fibre optique (12) reliée par une de ses extrémités à la sortie d'extraction du coupleur (9) et par son autre extrémité à l'entrée d'un polychromateur (25) dont les sorties (30) sont reliées à un ensemble (31, 32, 33) de traitement d'informations, - et, dans la zone active (III) de l'installation, un second polychromateur (10) dont l'entrée est reliée à la seconde extrémité de la première fibre optique (8) et un ensemble de capteurs optiques (20) associés à la partie active (III) de l'installation industrielle reliés chacun à une sortie du second polychromateur (10) par une fibre optique (18, 18'), le rayonnement lumineux transmis au second polychromateur (10) par la première fibre optique (8) étant fractionné en rayonnements unitaires qui sont dirigés chacun sur un capteur (20) particulier puis renvoyés au second polychromateur (10) et de là, par la premier re fibre optique (8), au coupleur (9) qui assure la transmission des informations fournies par les cap teurs (20) au second polychromateur (25) par l inter- médiaire de la seconde fibre optique (12). 2.- Dispositif de conduite et de surveillance suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les capteurs (20) sont du type à rétroréflexion. 3.- Dispositif de conduite et de surveillance suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les capteurs (20' ) sont du type à simple passage et comportent, associé à l'extérieur ou à l'intérieur du capteur. un coupleur (35) qui permet de renvoyer la lumière dans la fibre (18') le raccordant au second polychromateur (10) après modulation dans le capteur (20'). 4.- Dispositif de conduite et de surveillance suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que les moyens (3, 4) sont tels qu'ils permettent de créer un ensemble de sources optiques (5) dont le couplage a pour résultat l'obtention d'un rayonnement lumineux à large bande spectrale. 5.- Dispositif de conduite et de surveillance suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que les polychromateurs 16. 10, 25) sont des polychromateurs à multidiélectriques. 6.- Dispositif de conduite et de surveillance suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4. caractérisé par le fait que les polychromateurs (6, 10, 25) sont des polychromateurs à réseaux.