Brevet FR2603386A1 — publié le 19880304

La présente invention concerne un procédé et un appareil de surveillance d'une zone par détermination des recoupements de faisceaux électromagnétiques. Ces procédés et dispositifs sont utiles notamment pour la protection de zones de travail dans des machines, ces appareils étant parfois appelés "barrières lumineuses". On connait déjà de tels appareils dans lesquels une série d'éléments émetteurs et une série d'éléments récepteurs sont disposées l'une en face de l'autre, les éléments étant appariés et étant commandés successivement, en synchronisme. Lorsque les séries d'éléments ont été balayées, le balayage reprend du début jusqu'à la fin, indéfiniment, et la présence d'un obstacle est déterminée par disparition ou modification d'au moins un faisceau établi entre un élément émetteur et un élément récepteur. Bien entendu, les éléments émetteurs et les éléments récepteurs doivent travailler en synchronisme, et les deux ensembles d'émission et de réception sont ainsi reliés habituellement par une liaison électrique. Etant donné les conditions d'utilisation de tels appareils, dans des machines industrielles et de part et d'autre d'une zone à protéger, la liaison électrique doit être particulièrement robuste. Etant donné qu'il s'agit d'un appareil de sécurité, il comprend des systèmes complexes d'autocontrôle et des circuits utilisés en double ou en triple. On comprend donc bien que la liaison électrique entre les ensembles d'émission et de réception peut être la source de nombreux problèmes. L'invention concerne un procédé et un appareil de surveillance du type considéré qui ne nécessitent pas une telle liaison électrique entre les ensembles d'émission et de réception. En fait, aucune liaison n'est normalement nécessaire entre l'ensemble d'émission et l'ensemble de réception, l'ensemble d'émission étant un ensemble martre et l'ensemble de réception un ensemble esclave qui se synchronise sur la fréquence de réception des faisceaux transmis par l'ensemble d'émission. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de surveillance d'une zone par détermination de recoupements de faisceaux électromagnétiques, par mise en oeuvre d'un appareil comportant un ensemble d'émission qui comprend une série d'éléments émetteurs et un ensemble de réception comprenant une série d'éléments récepteurs, le procédé comprenant, du côté d'émission - la commande successive de tous les éléments émetteurs de la série, du premier au dernier, à une fréquence déterminée, et - la reprise répétitive de la commande successive de tous les éléments émetteurs du premier au dernier, et du côté de réception - la validation d'un premier élément récepteur par un signal de réarmement, - la validation successive de chacun des autres éléments récepteurs par un signal de détection d'un faisceau par l'élément récepteur le précédant dans la série, - la création d'un signal de déclenchement lorsqu'un élément récepteur quelconque reste validé pendant un temps supérieur à un intervalle de temps prédéterminé qui est supérieur à l'inverse de la fréquence déterminée de l'ensemble d'émission, et - la création d'un signal de réarmement lorsqu'aucun élément récepteur n'est validé. L'intervalle de temps prédéterminé utilisé pour la création du signal de déclenchement est de préférence compris entre l'inverse de la fréquence prédéterminée et le double de cet inverse. En outre, il est avantageux qu'une indication soit transmise de l'ensemble de réception à l'ensemble d'émission, au moment du signal de réarmement. L'invention concerne aussi un appareil de surveillance d'une zone par détermination des recoupements de faisceaux électromagnétiques, par mise en oeuvre du procédé précédent, cet appareil comprenant - un ensemble d'émission comprenant - des éléments émetteurs destinés à créer chacun un faisceau électromagnétique, - un dispositif d'adressage destiné à recevoir un signal de réarmement et à valider le fonctionnement d'un élément émetteur seulement, successivement d'un premier au dernier, le dispositif d'adressage validant un élément émetteur suivant chaque fois qu'il reçoit le signal de commande, le dispositif d'adressage assurant en outre la validation du premier élément émetteur lorsqu'il reçoit un signal de commande alors qu'il est en cours de validation du dernier élément émetteur, et - un dispositif de commande destiné à former des signaux de commande du dispositif d'adressage et comprenant une horloge fonctionnant à une fréquence déterminée, et - un ensemble de réception comprenant - des éléments récepteurs destinés chacun à former un signal de détection lorsqu'il reçoit un faisceau électromagnétique d'un élément émetteur, - un dispositif d'adressage destiné à recevoir un signal de commande et à valider successivement le fonctionnement d'un élément récepteur seulement, successivement d'un premier élément récepteur au dernier, le dispositif d'adressage validant l'élément récepteur suivant de la série chaque fois qu'il reçoit un signal de commande, le dispositif d'adressage ne validant le premier élément de la série que lorsqu'il reçoit un signal de réarmement, - un dispositif de commande destiné à recevoir les signaux de détection et à créer un signal de commande d'adressage du dispositif d'adressage chaque fois qu'il reçoit un signal de détection de caractéristiques déterminées, un signal de déclenchement chaque fois qu'un élément récepteur est resté validé pendant un intervalle de temps déterminé supérieur à l'inverse de la fréquence déterminée de l'horloge du dispositif de commande de l'ensemble d'émission, et un signal d'absence de validation dès qu'aucun élément récepteur n'est validé, et - un chien de garde destiné à recevoir d'une part soit les signaux de détection, soit les signaux de commande d'adressage, et d'autre part le signal d'absence de validation et destiné à former un signal de réarmement du dispositif d'adressage lorsqu'il détecte le signal d'absence de validation. Il est avantageux que l'ensemble d'émission comporte en outre un élément récepteur et que l'ensemble de réception comporte en outre un élément émetteur, associé à l'élément récepteur de l'ensemble d'émission, l'élément émetteur étant commandé par le signal de réarmement. Le chien de garde comporte avantageusement un circuit OU exclusif, destiné à recevoir les signaux de deux voies parallèles reliées à une même entrée, chaque voie comportant, en parallèle : - une porte logique ET à deux entrées alimentant le circuit logique OU exclusif et reliée à l'entrée du chien de garde, - un registre dont la sortie est reliée à la seconde entrée de la porte ET et dont l'entrée de signaux est reliée à l'entrée du chien de garde, et - un circuit de temporisation ayant une constante de temps supérieure à l'inverse de la fréquence déterminée, son entrée étant reliée à l'entrée du chien de garde et sa sortie à l'entrée de remise à zéro du registre, l'une des voies étant reliée au circuit logique OU exclusif par l'intermédiaire du circuit d'inversion cpmmandé par le signal d'absence de validation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est un diagramme synoptique d'un exemple d'appareil de surveillance selon l'invention ; la figure 2 est un diagramme synoptique du chien de garde de l'appareil de la figure 1 ; et les figures 3 et 4 sont des diagrammes des temps illustant le fonctionnement de l'appareil de la figure 1, d'une part lors d'un fonctionnement normal et d'autre part lors d'un recoupement de faisceaux lumineux. La figure 1 représente un appareil selon l'invention comprenant un ensemble d'émission 10 et un ensemble de réception 12. Comme l'indique la figure 1, ces deux ensembles ne sont reliés que par un faisceau lumineux, représenté en trait interrompu. Il n'existe aucune liaison électrique entre les deux ensembles, mis à part évidemment leur connexion à un réseau d'alimentation ou à une alimentation électrique. L'ensemble d'émission 10 comporte un support 16 d'une série d'éléments émetteurs 18, disposés dans un ordre déterminé, le premier étant référencé 18-1 et le dernier 18-n. A titre illustratif, on considère que ces éléments émetteurs sont disposés suivant une droite verticale, bien que de nombreuses autres dispositions soient possibles. A un moment donné, un seul élément émetteur 18-j reçoit de l'énergie d'une alimentation 20 et peut donc former un faisceau lumineux. L'élément émetteur qui fonctionne à un moment donné est déterminé par un dispositif d'adressage 22. Celui-ci change l'adressage, c'est-à-dire passe d'un élément récepteur au suivant de la série en fonction des signaux de commande provenant d'une commande 24 munie d'une horloge.Lorsque tous les éléments émetteurs de la série ont été balayés, c'est-àdire après que l'élément émetteur 18-n a projeté un faisceau lumineux, le dispositif d'adressage 22 revient automatiquement au premier élément émetteur 18-1. Cette caractéristique est schématiquement représentée par la connexion bouclée placée au-dessus du dispositif 22. Cependant, il peut s'agir d'une liaison formée entre le dernier élément récepteur 18-n et le circuit d'adressage. L'utilisation d'une telle série d'éléments émetteurs à balayage revenant automatiquement au premier élément après passage au dernier élément, estconnue dans la technique. L'élément récepteur 12 comporte un support 28 d'une série d'éléments récepteurs 30, cette série commen çant à un premier élément 30-1 destiné à recevoir le faisceau lumineux de l'élément émetteur 18-1, et se terminant à l'élément récepteur 30-n destiné à recevoir le faisceau lumineux de l'élément émetteur 18-n. Un seul élément récepteur 30-j est validé à un moment donné, c'est-à-dire peut transmettre un signal de détection à un circuit 32 de commande. L'adressage de l'élément récepteur validé est assuré par un circuit 34 d'adressage. En plus du dispositif commandé 14, par exemple un relais de commande de la machine protégée, l'ensemble d'émission comprend un chien de garde 36 décrit plus en détail dans la suite du présent mémoire. On note en outre sur la figure 1 que l'ensemble d'émission 10 comporte un élément récepteur 26 et que l'ensemble de réception 12 comporte un élément émetteur 38. Il s'agit là d'un perfectionnement seulement éventuel mais qui présente son utilité comme décrit dans la suite du présent mémoire. On considère maintenant le fonctionnement général de l'appareil représenté sur la figure 1. Dès la mise en fonctionnement, le dispositif d'adressage 22 commande le balayage de tous les éléments émeteurs 18-1 à 18-n, à la fréquence de l'horloge du circuit 24 de commande. L'ensemble d'émission fonctionne d'une manière autonome. Après une période de préparation, décrite en détail dans la suite en référence au fonctionnement du chien de garde, le dispositif d'adressage 34 reçoit de façon répétée un signal de réarmement provenant du chien de garde 36 et lui enjoignant de valider le premier élément récepteur 30-1. Tant qu'aucun signal ne parvient sur cet élément, c'est-à-dire tant que l'ensemble d'émission n'a pas provoqué l'émission d'un faisceau par l'élément émetteur 18-1, le dispositif 34 d'adressage maintient toujours la validation du premier ensemble récepteur 30-1 qui ne transmet donc pas de signal de détection puisqu'il ne reçoit pas de faisceau. Dès que le premier élément 18-1 de l'ensemble d'émission a transmis un faisceau, l'élément récepteur correspondant 30-1 reçoit un signal qu'il transmet au circuit de commande 32.Celui-ci l'indique au chien de garde 36 qui cesse de transmettre le signal de réarmement au dispositif d'adressage 34. En conséquence, celui-ci valide immédiatement le second élément récepteur, dans l'attente de la réception d'un faisceau par celui-ci. Dès que le second élément récepteur a reçu le faisceau de l'élément émetteur correspondant, le dispositif d'adressage 34 valide l'élément récepteur suivant jusqu'à la fin de la série. En conséquence, l'ensemble de réception est automatiquement synchronisé sur l'ensemble d'émission et constitue un ensemble esclave par rapport à l'ensemble d'émission. Selon une caractéristique de sécurité de 1 'inven- tion, lorsque tous les éléments récepteurs ont été balayés, le dispositif 34 d'adressage ne ramène pas automatiquement le balayage au premier élément récepteur 30-1. Ce retour au premier élément 30-1 est réalisé par le chien de garde 36, coopérant avec le circuit de commande 32, de la manière décrite plus en détail dans la suite en référence au chien de garde de la figure 2. Avant la description de ce chien de garde, on va cependant considérer le rôle de l'élément émetteur 38 de l'ensemble de réception et de l'élément récepteur 26 de l'ensemble d'émission. Au moment où le dispositif 34 d'adressage est réarmé, c'est-à-dire ramené au premier élément récepteur par le chien de garde, l'élément émetteur 38, excité par le signal de réarmement, transmet un signal à l'élément récepteur 26.En conséquence, le circuit de commande 24, comprenant l'horloge de l'ensemble d'émission, reçoit une confirmation du fait que le balayage en cours est terminé. Ce signal peut être avantageusement utilisé pour un recalage de la phase de l'horloge, en cas de dérive. On considère maintenant le chien de garde 36, en référence à la figure 2. Le chien de garde comprend deux voies parallèles, la première voie comprend un circuit 40 de temporisation dont la constante de temps est avantageusement un peu inférieure au double de l'inverse de la fréquence de l'horloge du circuit 24 d'émission. Ce circuit de temporisation est remis à zéro par chaque impulsion reçue et n'a donc aucun effet en fonctionnement normal. Sa sortie est reliée à l'entrée de remise à zéro d'un registre 42. Celui-ci reçoit aussi les signaux d'entrée si bien que, lors de la mise en route, il commence à se remplir, sans transmettre de signal à sa sortie. Lorsqu'il est rempli, les impulsions suivantes provoquent la transmission d'un signal à sa sortie. Par contre, lorsqu'il reçoit un signal du circuit 40 de temporisation, il est remis à zéro et doit recommencer à se remplir avant de transmettre à nouveau des impulsions à une porte logique ET 44. Celle-ci reçoit, à son autre entrée, les mêmes impulsions représentatives des signaux de détection des éléments récepteurs. La porte ET 44 est reliée à un circuit 46 d'inversion. Celui-ci reçoit un signal d'absence de validation provenant du circuit de commande 32. Ce signal d'absence de validation n'est présent que lorsqu'aucun élément récepteur de l'ensemble de réception 12 n'est validé. Lorsque le circuit 46 d'inversion reçoit ce signal d'absence de validation, il inverse l'état logique du signal de sortie de la porte 44. En cours de balayage, il y a toujours un élément récepteur validé si bien que le circuit 46 d'inversion ne reçoit pas de signal. Par contre, à la fin du balayage, étant donné que le circuit d'adressage ne ramène pas automatiquement l'adressage du dernier élément récepteur au premier, lorsque le dernier élément récepteur 30-n a reçu un faisceau, la validation disparaît étant donné que la série d'éléments récepteurs est terminée. En conséquence, le signal d'absence de validation est alors formé par le circuit 32 de commande et est transmis au circuit d'inversion 46. La seconde voie est identique à la première, mis à part l'absence du circuit d'inversion. La temporisation 48, le registre 50 et la porte ET 52 sont identiques aux éléments correspondants précédents. Les signaux des deux voies parviennent à un circuit logique 54 du type OU exclusif. Le fonctionnement du chien de garde est le suivant. En l'absence du signal d'absence de validation, les deux voies sont tout à fait identiques et le circuit OU exclusif 54 reste donc à un meme état logique. En effet, le circuit 54 reçoit toujours des signaux identiques à ses deux entrées, quel que soit l'état de fonctionnement des voies (signaux présents à l'entrée et registre en cours de remplissage, signaux présents à l'entrée et registre rempli, signaux absents de l'entrée et vidage du registre par le circuit de temporisation). Par contre, à la fin de chaque balayage, lorsque le signal d'absence de validation est transmis, il détecte une différence entre les deux entrées et change donc d'état. Le chien de garde transmet donc un signal dynamique qui change d'état à chaque cycle de balayage. Lorsque l'un quelconque des éléments du chien de garde, mis à part le circuit logique 54, est en panne, les signaux des deux voies diffèrent pendant plus d'un signal détecté et provoquent donc un retour au moins deux fois consécutives du balayage au premier récepteur. L'ensemble d'émission et l'ensemble de réception ne sont alors plus synchronisés, et le circuit de commande 32 transmet le signal de déclenchement au relais 14 de commande de la machine. Lorsqu'au contraire c'est le circuit logique 54 qui est en panne, sa sortie est constamment à un même état logique. L'un des états logiques provoque un retour au premier élément et en conséquence une absence de synchronisation et le déclenchement du relais 14. Le maintien à l'autre niveau empêche la transmission du signal de réarmement si bien que le balayage se perd après le dernier élément récepteur. En conséquence, le circuit 32 de commande assure encore l'arrêt de la machine. Ainsi, le chien de garde représenté sur la figure 2 a un fonctionnement dynamique qui augmente la sécurité du fonctionnement de l'appareil. On considère maintenant les diagrammes des temps des figures 3 et 4 qui illustrent le fonctionnement de l'appareil de la figure 1, comprenant le chien de garde de la figure 2. La figure 3 représente ce qui se passe normalement à la fin d'un balayage et au début du suivant en fonctionnement normal. La courbe supérieure représente les faisceaux émis, c'est-à-dire la commande des éléments émetteurs. La courbe du milieu représente les impulsions des éléments récepteurs. On note que dès que le faisceau a été détecté, l'élément suivant est validé. Dès que l'élément n a transmis un faisceau qui a été reçu par l'élément récepteur n, le dispositif d'adressage 34 tente de valider l'élément récepteur suivant, mais comme il n'y en a plus, le circuit 32 de commande détecte l'absence de validation et transmet un signal au circuit 46 d'inversion du chien de garde. Celui-ci crée aussitôt l'impulsion représentée sur la troisième courbe de la figure 3. Cette impulsion n'est autre que le signal de réarmement qui parvient au dispositif d'adressage 34 bien avant que n'apparaisse le faisceau du premier élément émetteur. En conséquence, dès que ce faisceau du premier élément émetteur arrive, le premier élément récepteur peut le détecter facilement, comme l'indique la courbe du milieu de la figure 3. On considère maintenant le fonctionnement lorsqu'un obstacle recoupe certains faisceaux de la barrière lumineuse. La courbe supérieure de la figure 4 indique que les éléments émetteurs transmettent bien des faisceaux vers les éléments récepteurs mais que seuls les faisceaux jusqu'au j ieme sont effectivement détectés par les éléments récepteurs. Les impulsions des faisceaux émis ont une période t. Le circuit 32 comporte une temporisation de constante de temps T qui, lorsqu'elle constate que le (j + 1)eue élément récepteur n'a pas détecté de signal alors qu'il est validé depuis un temps T supérieur au temps t de récurrence des faisceaux, crée une impulsion qui parvient au circuit 14 de déclenchement. La machine est donc arrêtée.Simultanément, les temporisations 40 et 48 du chien de garde ont elles aussi décompté le temps T si bien qu'elles ont vidé les registres 42 et 50. En conséquence, les portes 44 et 52 ne peuvent plus transmettre de signaux et le fonctionnement dynamique du chien de garde n'est plus possible. Lors de la mise en route de l'appareil, il faut que les registres 42 et 50 soient chargés d'un nombre convenable avant que le chien de garde ne puisse fonctionner normalement et valider le fonctionnement. Dans un exemple, le nombre de paires d'éléments émetteurs et récepteurs est de quelques dizaines, par exemple égal à 64. Les registres 42 et 50 ont une capacité égale à 1024, si bien qu'il faut toujours plusieurs cycles de balayage de l'ensemble d'émission 10 avant que l'ensemble de réception 12 se synchronise sur l'ensemble d'émission. Ainsi, l'invention concerne un appareil de surveillance qui ne nécessite aucune connexion entre les ensembles d'émission et de réception et qui cependant assure la synchronisation entre les ensembles, tout en donnant un degré élevé de sécurité, grâce notamment à son chien de garde dynamique. REVENDICATIONS 1. Procédé de surveillance d'une zone par détermination du recoupement de faisceaux électromagnétiques, par mise en oeuvre d'un appareil comprenant un ensemble d'émission (10) comportant une série d'éléments émetteurs (18) et un ensemble de réception (12) comportant une série d'éléments récepteurs (30), du type qui comprend, du côté d'émission - la commande successive de tous les éléments récepteurs (18) de la série, du premier (18-1) au dernier (18-n) à une fréquence déterminée, puis - la reprise répétitive de la commande successive de tous les éléments émetteurs de la série, du premier (18-1) au dernier (18-n), caractérisé en ce qu'il comprend, du côté de réception :: - la validation d'un premier élément récepteur (30-1) par un signal de réarmement, - la validation successive de chacun des autres éléments récepteurs (18) par un signal de détection d'un faisceau par l'élément récepteur précédent de la série, - la création d'un signal de déclenchement lorsqu'un élément récepteur quelconque reste validé pendant un temps supérieur à un intervalle de temps prédéterminé (T) qui est supérieur à l'inverse (t) de ladite fréquence prédéterminée, et - la création d'un signal de réarmement lorsqu'aucun élément récepteur (30) n'est validé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intervalle de temps déterminé (T) est compris entre une et deux fois l'inverse (t) de la fréquence prédéterminée. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre la transmission d'une information correspondant au signal de réarmement de l'ensemble de réception (t2) à l'ensemble d'émission (10). 4. Appareil de surveillance d'une zone par déter mination des recoupements de faisceaux électromagnétiques par mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend: - un ensemble d'émission (10) qui comprend - des éléments émetteurs (18) destinés à créer chacun un faisceau électromagnétique, - un dispositif d'adressage (22) destiné à recevoir un signal de commande et à valider le fonctionnement d'un élément émetteur seulement, successivement d'un premier (18-1) au dernier (18-n), le dispositif d'adressage validant un élément émetteur suivant chaque fois qu'il reçoit le signal de commande, le dispositif d'adressage assurant la validation du premier élément lorsqu'il reçoit un signal de commande alors qu'il est en cours de validation du dernier élément émetteur (18-n), et - un dispositif (32) de commande destiné à former les signaux de commande du dispositif d'adressage et comprenant une horloge fonctionnant à une fréquence déterminée, et - un ensemble de réception (12) qui comprend - des éléments récepteurs (30) destinés chacun à former un signal de détection lorsqu'il reçoit un faisceau électromagnétique d'un élément émetteur, - un dispositif d'adressage (34) destiné à recevoir un signal de commande et à valider successivement le fonctionnement d'un élément récepteur seulement, successivement d'un premier élément récepteur (30-1) au dernier (30-n), le dispositif d'adressage validant l'élément récepteur suivant de la série chaque fois qu'il reçoit un signal de commande, le dispositif d'adressage ne validant le premier élément de la série que lorsqu'il reçoit un signal de réarmement, - un dispositif de commande (32) destiné à recevoir les signaux de détection et à créer un signal de commande d'adressage du dispositif d'adressage chaque fois qu'il reçoit un signal de détection de caractéristiques déterminées, un signal de déclenchement chaque fois qu'un élément récepteur est resté validé pendant un intervalle de temps déterminé supérieur à l'inverse de la fréquence déterminée de l'horloge du dispositif de commande de l'ensemble d'émission, et un signal d'absence de validation dès qu'aucun élément récepteur n'est validé, et - un chien de garde (36) destiné à recevoir d'une part les signaux de détection ou de commande d'adressage, et d'autre part le signal d'absence de validation et destiné à former un signal de réarmement du dispositif d'adressage lorsqu'il détecte le signal d'absence de validation. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le chien de garde (36) comporte un circuit logique OU exclusif (54) destiné à recevoir les signaux de deux voies parallèles reliées à une même entrée, chaque voie comportant en parallèle - une porte logique ET (44, 52) à deux entrées alimentant le circuit logique OU exclusif et reliée à l'entrée du chien de garde, - un registre (42, 50) dont la sortie est reliée à la seconde entrée de la porte ET et dont l'entrée de signaux est reliée à l'entrée du chien de garde, et - un circuit de temporisation (40, 48) ayant une constante de temps supérieure à l'inverse de la fréquence déterminée, son entrée étant reliée à l'entrée du chien de garde et sa sortie à l'entrée de remise à zéro du registre, - l'une des deux voies étant reliée au circuit logique OU exclusif (54) par l'intermédiaire d'un circuit d'inversion (46) commandé par le signal d'absence de validation. 6. Appareil selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'ensemble d'émission (10) comporte un élément récepteur (26) et l'ensemble de réception (12) comporte un élément émetteur (38) associé à l'élément récepteur de l'ensemble d'émission, l'élément émetteur étant commandé par le signal de réarmement.