Brevet FR2593925A1 — publié le 19870807

I "Circuit d'interface de puissance pour connecter le secteur électrique à une charge" La présente invention concerne, de façon générale, un circuit d'interface de puissance qui commande 1'alimentation électri- que à partir d'une ligne du secteur, pour un matériel de mise en oeuvre de procédé industriel normalement non alimenté, et 5 plus spécialement pour un circuit d'interface de puissance qui commande despompes, des vannes, etc., dans un système d'éner- gie nucléaire à eau légère sous pression. Le matériel de mise en oeuvre de procédé industriel, tel que l'équipement d'un système d'énergie nucléaire, est tradition- 10 nellement commandé par des circuits d'actionnement redondants qui reçoivent des signaux d'entrée de détecteurs redondants. Un exemple de circuit traditionnel d'interface de puissance à décision "deux sur quatre", tant pour des circuits normalement alimentés que non alimentés, est illustré dans la figure 1. Un -15 exemple de la façon dont de tels circuits redondants peuvent être utilisés pour décision à redondance majoritaire "deux sur trois" est décrit dans le brevet USA 4.200.864 publié pour Gillet et al. Chez Gillet et al., la décision "deux sur trois" est également possible avec des vannes, ainsi qu'il est décrit 20 au brevet USA N 4.184/514 publié pour Ryan et al. 2 En plus de la redondance fournie par des circuits traditionnels de commande pour un matériel de traitement critique d'usine, de tels circuits de commande sont traditionnellement conçus pour pouvoir être testés afin d'améliorer encore leur fiabilité. ~5 D'habitude, de tels tests exigent l'intervention manuelle d'un opérateur avec, pour résultat, que le test d'un circuit logi- que unique nécessite plusieurs heures selon Gillet et al.. L'éli- mination de tels essais commandés par opérateur a été suggérée pour des unités telles que des imprimantes par lignes (voir bre- 1e vet USA N 4.317.412 publié pour Bolcavage et al.) et des réseaux de transmission (voit brevet USA N 4.320.508 pour Takezoe). Néan- moins, par rapport à des circuits d'interface de puissance pour du matériel de mise en oeuvre de procédés industriels, les sys- têmes traditionnels se limitent à des tests automatiques de 15 l'état des contacts, ainsi qu'il est décrit dans le brevet USA N 4.272.725 publié pour Weiner et al. et ne comprenant pas des tests de fonctionnement des circuits. Deux problèmes au moins doivent être résolus pour produire des 20 circuits d'interface de puissance possédant des caractéristi- ques de tests automatiques. Le premier problème met en cause la complexité des circuits redondants. Afin de remplacer les opéra- tions manuelles décrites dans Gillet et al., des tests automati- ques complexes ont été suggérés, tels que des essais de multiple- 25 xeur décrits dans le brevet USA N 4.422.140 et publié pour Keats. Le second problème met en cause un conflit entre l'essai de fonctionnement d'un actionneur et la prévention de la commande par inadvertance du dispositif commandé par l'actionneur. De nom- 30 breux systèmes d'une centrale nucléaire sont du type à "sécu- rité totale" et ne sont conçus que pour être mis en oeuvre dans une situation d'urgence quand un autre système (indépendant) 3 ne fonctionne pas convenablement. On exige de tels systèmes à "sécurité totale" qu'ils soient extrêmement fiables et, par conséquent, puissent être testés de préférence. Cependant, la commande par inadvertance de tels systèmes pourrait causer 5 l'arrêt partiel ou total du réacteur nucléaire et exiger une période de redémarrage de plusieurs semaines ou davantage. Le circuit de test traditionnel divulgué au brevet USA N 3.437.556 pour Bevilacqua et al. est un exemple de système traditionnel utilisant des relais et doit établir un compromis entre des es- 10 sais complets du système et la prévention de commande par inad- vertance. La présente invention procure un circuit d'interface de puissance à tolérance de pannes permettant des testsautomatiques sans com- 15 mande d'un appareil de commande de processus normalement non ali- menté, commandé par le circuit d'interface de puissance, lequel circuit permet des tests automatiques qui n'affectent pas la capa- cité du circuit à commander un appareil de commande de procédé en réponse à des signaux d'entrée. Ce circuit fournit un circuit 20 d'interface de puissance à tolérance de pannes qui comprend un nombre minimum de détecteurs decourant pour tester la capacité du circuit à commander un appareil de commande de procédé connecté au circuit d'interface de puissance. En outre, dans le circuit d'interface de puissance, un agencement de puissance de décision 25 "deux sur n" est fourni, qui peut être testé pour chaque combi- naison possible de signaux sans mise en oeuvre d'une charge non alimentée commandée par un relaisou un semi-conducteur de puis- sance, cet agencement incluant des détecteurs qui détectent un chan- gement dans le courant ou dans le niveau de courant. 30 4 L'invention, sous sa forme large, réside en un circuit d'inter- face de puissance pour brancher l'énergie électrique sur une charge à partir d'une ligne du secteur, une pluralité de signaux d'entrée étant utilisée pour indiquer qu'on est prêt pour le branchement de l'énergie électrique à la charge quand au moins n sur n desdits signaux d'entrée indiquent que la charge doit être alimentée, le circuit étant caractérisé par un moyen redon- dant de décision pour fournir l'énergie à la charge à partir de la ligne du secteur quand au moins m sur n signaux d'entrée in- 10 diquent la mise en fonction ; un moyen d'alimentation directe en énergie pour fournir directement l'énergie audit moyen de décision à partir de la ligne du secteur pendant le fonctionne- ment ordinaire dudit moyen de décision ; un moyen de réduction de puissance pour fournir une énergie réduite audit moyen de dé- 15 cision quand celui-ci est testé et que tous lesdits signaux n d'entrée indiquent le fonctionnement normal ; et un moyen de détection de courant, connecté de façon fonctionnelle entre ledit moyen de décision et la charge pour détecter le courant qui circule à travers ledit moyen de décision. 20 On a décrit ici un circuit d'interface de puissance pour fournir de l'énergie à une charge normalement non alimentée, le circuit comprenant un dispositif de décision qui reçoit n signaux d'entrée et génère un signal de commande utilisant des comuta- 25 teurs quand m signaux d'entrée au moins indiquent que le signal de commande doit être généré. Le dispositif de décision reçoit aussi deux fois n signaux indépendants correspondant aux n signaux d'entrée pour tester le dispositif de décision. Le circuit d'in- terface de puissance comprend également un moyen d'alimentation 30 directe en énergie pour fournir de l'énergie aux commutateurs quand le dispositif de décision n'est pas en train d'être testé ou quand quelques-uns des n signaux d'entrée sont générés. Pour testers le 5 circuit d'interface de puissance comprend un moyen de réduction d'énegie pour fournir aux commutateurs une énergie réduite, infé- rieure à l'énergie requise pour mettre en action la charge, et un détecteur de courant pour détecter le courant fourni par le moyen 5 de puissance réduite. On parviendra à une compréhension plus détaillée de l'invention grâce à la description suivante d'une réalisation préférée, donnée par un exemple et pour être comprise conjointement avec les des- 10 sins d'accompagnement, dans lesquels : la figure 1 est le schéma synoptique d'une interface tradi- tionnelle de puissance à décision de "deux sur quatre" tant pour charges alimentées que non alimentées ; et la figure 2 est le schéma synoptique d'une réalisation de la 15 présente invention. Une réalisation de la présente invention est illustrée dans la figure 2. Un dispositif de décision 210, de "deux sur trois", reçoit trois signaux d'entrée a, b et c, dont deux quelconques 20 amèneront le dispositif de décision 210 à commander la charge 215. Dans la réalisation de la figure 2, les connexions des signaux logiques sont indiquées à gauche pour les commutateurs 220, tels que relais ou semiconducteurs de puissance, tandis que les con- nexions de puissance sont illustrées à droite. Un exemple de 25 relais qui peut être utilisé dans un système de 5 volts est un JRE1DA15 de Potter et Brumfield. Les connexions de logique etde puissance pour les commutateurs 220 sont illustrées séparément parce que les signaux logiques et de 30 puissance sont traditionnellement isolés électriquement. Il y a de nombreuses façons de procurer un tel isolement, y compris l'emploi de portes logiques ou d'un microprocesseur convenable- ment programmé peur accomplir les opérations logiques indiquées par les connexions des commutateurs 220 et un ou plusieurs semi- 6 conducteurs de puissance, connectés aux portes logiques par l'intermédiaire d'opto-isolateurs pour fournir l'énergie élec- trique à la charge. Les commutateurs 220 sont illustrés par une lettre capitale, par exemple A ou(A), indiquantun signal d'entrée correspondant, par exemple a, auquel ils répondent en se fermant. C'est-à-dire que ce sont des commutateurs normalement ouverts. Les commuta- teurs 220 sont actionnés par des signaux aémis par des portes 10 OU 225 qui reçoivent les signaux d'entrée a, b et c et des si- gnaux de test en provenance d'un système 230 de test à micro- processeur, tel qu'un ordinateur monocarte 88/40 construit par INTEL. Les commutateurs 220 sont normalement alimentés par une énergie électrique provenant d'une ligne 235 du secteur, par l'intermédiaire d'un moyen direct d'alimentation 240 comportant un commutateur normalement fermé. Quand le circuit d'interface de puissance doit être testé, le système de test 230 fait passer un signal de commutateur X 20 du niveau logique "1" normal à un niveau logique "0". La sortie de la porte OU 245 est un "0" logique tant que tous les signaux d'entrée a, b et c fournissent une valeur de "0" logique qui indique le non-actionnement des commutateurs 220. Par conséquent, la sortie de l'inverseur 250 sera un "1" logique. Pendant les es- 25 sais, quand le signal de commutateur X est inversé par l'inverseur 255, la sortie de la porte ET 260 passe de "0" à "1# logique. Ainsi, le commutateur 240 normalement fermé sera ouvert pendant les essais, i moins que l'un des signaux d'entrée a, b et c n'indique l'actionnement de la charge 215. 30 Quand le commutateur 240 est ouvert, les commutateurs 220 sont alimentés en énergie électrique par l'intermédiaire d'un moyen de réduction de puissance comprenant les résistances 265 et 270. La valeur des résistances 265 et 270 est choisie de telle façon que 7 lorsque l'une quelconque des paires de commutateurs 220 est actionnée par des signaux d'essai provenant du système d'essai 230, le courant qui est fourni à la charge 215 soit insuffisant pour actionner la charge. Par exemple, lorsqu'on utilise des re- 5 lais JRElDAl5, les résistances 265 et 270 peuvent être respecti- vement de 10 kiloohms et 50 kiloohms. Ainsi, il est possible de tester chacune des paires des commutateurs 220 en utilisant des détecteurs de courant 275 qui peuvent être des capteurs de courant linéaires, tels que CSLA8P1 fabriqués par Minneapolis Honeywell, 10 Micro-switch Division. Il serait possible de tester les commutateurs 220 à l'aide d'un circuit d'interface de puissance qui ne comprenne pas la résis- tance 270 ; cependant, la résistance 270 est incorporée afin 15 qu'un petit courant circule à travers un détecteur de courant 280 (qui peut aussi être un CLSA8P1) quand tous les commutateurs 220 et 240 sont ouverts. L'insertion du détecteur de courant 280 et de la résistance 270 permet l'essai de la condition du commutateur 240 pour s'assurer que ce dernier est ouvert au commencement des 20 essais et qu'ainsi la charge 215 ne sera pas actionnée accidentel- lement au cours des essais, et que le commutateur 240 est fermé après achèvement des essais. Il est aussi possible de tester le circuit d'interface de puissance 25 sans utiliser les détecteurs de courant 275, à condition que le dé- tecteur de courant 280 soit inclus et qu'il possède une sensibilité suffisante. Ce procédé sera expliqué en se référant au TABLEAU 1 ci-après. Quand le commutateur 240 est fermé, le détecteur de cou- rant 280 est dérivé par un court-circuit, de sorte que le courant 30 détecté par le détecteur de courant 280 est de zéro (0) volt. Quand tous les commutateurs 220 et 240 sont ouverts, le courant détecté par le détecteur de courant 280 prend une valeur intermédiaire (I) due au passage du courant à travers les résistances 265 et 270. Quand le commutateur 240 est ouvert et qu'une au moins des paires 8 de commutateurs 220, c'est-à-dire A et B, (A)et(C),ou (B) et (C), est ouverte, le courant détecté par le détecteur de courant 280 est à une valeur élevée (H), du fait de la dérivation de la ré- sistance 270 par la paire de commutateurs fermés 220 et la charge 5 215 qui aura une bien plus faible résistance que la résistance 270. Si, à un moment quelconque, les résultats indiqués ne sont pas ob- tenus en sortie, le test est interrompu pour éviter un actionne- ment accidentel de la charge. 10 TABLEAU 1 SEQUEBNE DE TESTS Pas ENTREES SORTIES A 'A) B (B) C (C) X 1 I2 I3 15 ~~~1 0 0 O 0 0 3 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 O 0 0 0 C I 3 1 00 0 0 0 0 0 0 0 I 4 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 I 15 1 0 0 O 0 0 0 1 0 0 0 I 6 O 0 0 1 0 0 O 0 O 0 I 7 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 I 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 I 3 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 I 410 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 I 5 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 I 612 0 0 0 0 0 0 0 0 0 I 13 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 83 O O O O O0 i O O O0 Ainsi qu'il est illustré dans la figure 2, les courants détectés 25 par les détecteurs de courant 275 et 280 sont amenés au système de test 230, de sorte que les tests illustrés au TABLEAU 1 puissent être réalisés. Si les quatre détecteurs de courant 275 et 280 sont inclus, il est possible de vérifier que les détecteurs de courant fonctionnent convenablement puisque le niveau indiqué par le dé30 tecteur de courant 280 fournit des informations redondantes sur les résultats des tests, confirmant les résultats des tests des courants indiqués par les détecteurs de courant 275. Tandis que 9 la figure 2 illustre un circuit d'interface de puissance à décision de "deux sur trois", la conception de base de celui-ci fonctionnera pour tout circuit d'interface de puissance à déci- sion de "deux sur n". 5 Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être appor- tées dans le cadre de la présente invention. 10 15 20 25 30 REVENDICATIONS 1. Circuit d'interface de puissance pour connecter le secteur électrique à une charge (215) à partir d'une ligne du secteur, dans lequel une pluralité de signaux d'entrée sont utilisés pour indiquer quand la charge est prête pour être connectée ~5 au secteur, lorsque au moins m sur n desdits signaux d'en- trée indiquent que la charge doit être mise sous tension, ce circuit étant caractérisé par un moyen redondant de décision pour fournir l'énergie élec- trique à la charge à partir du secteur quand au moins m sur 10 n signaux d'entrée indiquent la mise sous tension ; un moyen direct d'alimentation pour fournir l'énergie élec- trique directement audit moyen de décision à partir de la ligne du secteur pendant le fonctionnement ordinaire dudit 15 Dmoyen de décision ; un moyen de réduction de l'énergie pour fournir une énergie électrique réduite audit moyen de décision quand celui-ci est testé et que tous lesdits n signaux d'entrée indiquent le fonctionnement normal ; et 20 un moyen de détection du courant, connecté de façon fonc- tionnelle entre ledit moyen de décision et la charge, pour détecter le courant qui circule dans ledit moyen de décision. 2. Circuit d'interface de puissance selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que ledit moyen de réduction d'énergie comprend une première résistance (265) connectée de façon fonctionnelle au secteur et audit moyen de décision. 3. Circuit d'interface de puissance selon la revendication 2, caractérisé en ce que *30 ledit moyen de réduction de puissance comprend en outre une seconde résistance (270) connectée de façon fonctionnelle audit moyen de décision et à la terre, et ledit circuit d'interface de puissance comprend en outre un détecteur de courant connecté de façon fonctionnelle auxdites première et seconde résistances 5 4.Circuit d'interface de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que : m est égal à deux et que ledit mcyen (210) de décision comprend n paires de commutateurs (220), les paires de commutateurs étant connectées de façon fonctionnelle en parallèle entre 10 lesdits moyens directs d'alimentation et d'alimentation ré- duite et la charge, et ledit moyen détecteur de courant comprend n détecteurs de courant de sortie, chacun d'eux étant connecté de façon fonctionnelle à l'une des paires de commuta- teurs (220) et à la charge (215). 15 5.Circuit d'interface de puissance selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un détecteur (280) de courant d'entrée connecté de façon fonctionnelle audit moyen de réduction d'énergie et audit moyen de décision. 20 6.Circuit d'interface de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre-un détecteur (280) de courant connecté de façon fonctionnelle audit moyen de réduction d'énergie et audit moyen de décision. 25 7.Circuit d'interface de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un système (230) de tests à microprocesseur, connecté de façon fonctionnelle audit moyen de décision, audit moyen d'alimentation directe 30 en énergie et audit moyen détecteur de courant, pour tester automatiquement ledit moyen de décision, après avoir amené ledit moyen d'alimentation directe à arrêter la fourniture d'énergie électrique audit moyen de décision, en générant des signaux de tests pour ledit moyen de décision et en amenant ensuite ledit moyen d'alimentation directe à alimenter en êner- gie éleetrique ledit moyen de décision une fois la vérification achevée.