Brevet FR2604047A1 — publié le 19880318

-1/ 2604047 La présente invention concerne un réseau pour la transmission de données et d'énergie par l'intermédiaire de conducteurs séparés ou des mêmes conducteurs, en parti- culier un réseau au moyen duquel les données d'appareils de systèmes de mesure, de commande et de régulation sont transmises et l'alimentation en énergie de ces appareils est assurée, ainsi qu'un circuit utilisateur raccordé à un tel réseau qui répond, en tant qu'esclave, à un second circuit utilisateur émettant une requête ou un ordre. Il est bien connu que les données pour des capteurs, actionneurs et dispositifs similaires employés comme cir- cuits utilisateurs dans les techniques de mesure, commande et régulation sont transmises par l'intermédiaire d'un ré- seau et qu'également, lorsque cela est nécessaire, leur énergie d'alimentation est aussi transmise par un réseau. Un contrôleur et/ou processeur séparé pour le réseau et leurs circuits utilisateurs sont toujours exigés pour la transmis- sion de données dans les réseaux connus des techniques de mesure, commande et régulation. On peut se porter à cet égard aux brevets DE-3 631 443, DE-C -3 427 350, DE-OS-3 333 847, DE-OS-3 313 240. Dans les systèmes décrits dans ces brevets les circuits d'attaque du réseau qui sont incorporés dans les divers circuits utilisateurs, assurent l'alimentation en envoya.nt de l'énergie dans le réseau. Pour cette raison ils sont peu adaptés à la transmission de don- nées et d'énergie parce qu'ils nécessitent une énergie éle- vee pour l'émission. En outre ils ne comportent aucun élément permettant de réduire au minimum l'énergie dans le réseau et la répartition des différentes énergies. Par ail- leurs le couplage des circuits utilisateurs qui sont habi- tuellement aisément commandables, provoque une consommation inutile de temps et entrainent un prix de revient élevé. Un but de la présente invention est d'améliorer la transmission de données et d'énergie avec des réseaux de systèmes de commande, de mesure et de régulation. Un autre but de la présente invention est de faci- liter considérablement la transmission des données, par l'intermédiaire d'un réseau, en direction de circuits utili- sateurs esclaves qui sont aisément commandables. Suivant l'invention au moins un appareil d'alimen- tation central alimente en énergie les circuits utilisateurs raccordés au réseau et leurs circuits d'attaque du réseau et tous les circuits utilisateurs raccordés au réseau modulent les uns après les autres, en fonction de leur autorisation à la saisie, cette énergie en vue de la transmission des don- nées, sans fournir eux-mêmes de l'énergie au réseau. Un avantage remarquable réside en ce que des proces- seurs situés dans des espaces à risque d'explosion peuvent fonctionner sans source de tension propre. Dans ces espaces dangereux on peut éviter des appareils d'alimentation du fait que l'alimentation est assurée aux processeurs raccor- dés au réseau par ce même réseau. Pour réduire au minimum l'énergie du réseau, l.es circuits utilisateurs doivent, pour réduire l'én*. Oie prêle- vée par eux, pouvoir se trouver dans au moins,rois éta.ts différents, a savoir un état "fonctionnement", un état "prêt au fonctionnement" et un état "hors fonctionnement" avec stockage des données de fonctionnement. L'énergie- pré- levée par les circuits utilisateurs est modulée pour une transmission de données et répartie entre tous les circuits utilisateurs. Les avantages que l'on obtient avec l'invention résident en particulier dans le fait qu'avec un réseau à bus unique, en boucle ou arborescent un grand iombre de circuit utilisateurs peuvent être interconnectés et que non seulement la transmission de données entre eux est rendue possible mais encore la fourniture d'énergie aux appareils peut être assurés par l'intermédiaire du réseau. De préfé- rence le point de fourniture de l'énergie est situé au mi- lieu du réseau. 2604047. La possibilité de transmission de données dans le réseau est additionnellement améliorée du fait que le cir- cuit d'attaque du réseau comporte un détecteur de collision à l'émission. La souplesse de la transmission de données par l'in- termédiaire du réseau est augmentée du fait que le circuit d'attaque du réseau comporte un dispositif qui assure une commutation automatique de la saisie en fonction de la char- ge du réseau. De préférence les circuits utilisateurs comportent des étages de coupure qui sont connus dans la technique sous le nom de UART ou USART. Ces étages de coupure sont couplés au réseau par l'intermédiaire du circuit d'attaque du ré- seau. Dans une forme d'exécution particulièrement avanta- geuse du réseau suivant l'invention les circuits utilisa- teurs peuvent être des processeurs à circuit intégré du type CMOS de préférence du type connu sous le nom de INTE 8051, avec des étages de coupure UART en série. Dans un tel réseau on peut utiliser, pour la trans- mission à la fois des données et de l'énergie ou bien seule- ment des données, un seul et même protocole, les niveaux 1 du modèle ISO étant seulement réglés de telle façon qu'on utilise un autre circuit d'attaque du réseau pour la trans- mission des données et de l'énergie. Suivant une caractéristique complémentaire de l'in- vention un contrôleur et/ou processeur du réseau séparé est supprimé dans le circuit utilisateur et le circuit d'attaque du réseau qui couple les circuits utilisateurs au réseau, commande et/ou interroge les unités de requête et/ou d'ordre elles-mêmes et retourne ensuite la réponse requise. Ceci signifie qu'avec de tels circuits utilisateurs les fonctions nécessaires de commande et de stockage sont assumées par le circuit d'attaque du réseau lui-même. Un autre avantage est que les fonctions additionnel- les de chaque circuit utilisateur sont facilitées lorsque le circuit utilisateur ajoute sa réponse à la requête ou à l'ordre du second- circuit utilisateur, en prenant la priori- té d'accès au réseau. On décrira ci-après,à titre d'exemple non limita- tif, une forme d'exécution de la présente invention,en ré- férence au dessin annexé sur lequel: Le circuit d'attaque du réseau stocke l'adresse de destination qui est appelée et il la compare avec l'adresse du circuit utilisateur, il stocke la donnée arrivant lors de la réception d'une adresse de destination valide et il ini- tialise la requête et/ou la commande devant être exécutée, il exécute la commande sur la base de la donnée si la sécu- rité de donnée est valide, il transmet, en tant que répon- se, soit d'abord l'adresse de la source stockée et ensuite l'adresse de destination, en prenant en compte la priorité d'accès du circuit utilisateur émettant la requête ou la commande, soit il démarre la transmission de la réponse:Ans adresse. Le circuit d'attaque du réseau termine la req.,,te et ajoute la donnée de la requête à la réponse et il forme la sécurité de la donnée à partir de la réponse transmise et il l'ajoute à la réponse en tant que terminaison. Le circuit d'attaque du réseau comprend lui-même tous les composants exigés pour lui permettre de recevoir la requête et/ou la commande du second circuit utilisateur, pour exécuter l'or- dre, pour former la donnée de requête et pour retourner la donnée de requête,.en tant que réponse, au circuit utilisa- teur. Le circuit utilisateur fonctionne en tant que capteur et/ou actionneur. Les figures 1A et lB sont de.s schémas synoptiques des instructions utilisées. La figure 2 est un schéma synoptique d'un circuit d'utilisateur suivant l'invention raccordé à un réseau. Dans les circuits d'attaque de réseau connus, les données provenant d'un circuit utilisateur raccordé au ré- seau et celles dirigées vers ce circuit utilisateur sont appliquées immédiatement au circuit d'attaque du réseau. Pour pouvoir éliminer le processeur dans le réseau, comme cela est le cas de la présente invention, le circuit d'atta- que du réseau doit assumer diverses taches qui sont indi- quées sur les schémas des figures 1A et lB. Sur ces figures les légendes utilisées ont les significations suivantes: ADD: adresse de la destination. ADS: adresse de la source. ORD: ordre. SEC: sécurité des données. DON: données. Les tâches executees par le circuit d'attaque du réseau le sont dans l'ordre suivant: 1) Stockage de l'adresse de la destination ADD dans la mémoire du circuit utilisateur et comparaison avec sa propre adresse. 2) Stockage dans la mémoire de la donnée qui fait suite à l'adresse de la destination valide et démarrage de la requête et/ou de l'ordre 2 si nécessaire. 3) Execution de la commande 3 au moyen de laquelt la sécurité de données de l'opération 1 devient valide. Transmission de l'adresse de la source ADS et ensui- te de l 'adresse de la destination ADD de la mémoire 5 en tant que réponse du circuit utilisateur si bien que la prio- rité d'accès du circuit utilisateur émettant la requête ou la commande est prise en considération. Achèvement tardif de la requête 4 et adjonction de la donnée de requête à la réponse, mémoire 5, du circuit utilisateur. Formation de la sécurité *de donnée de la réponse, mémoire 5, à partir de l'adresse de la destination ADD, de l'adresse de la source ADS et de la donnée de requête, et adjonction de la sécurité de donnée à la réponse du circuit utilisateur. Les tâches précitees ne dépendent pas du procéde d'accès utilisé dans le réseau. L'accès au réseau peut avoir lieu suivant le principe maître-esclave, la méthode CSMA/CD (accès multiple par détection de porteuse/détection de col- lision) ou la méthode du "jeton passant". Lorsqu'on utilise la méthode du "jeton passant", le circuit d'attaque du ré- seau doit exécuter une tâche additionnelle à savoir qu'il doit retourner le "jeton" vers le'circuit utilisateur émet- tant la requête ou la commande, lors de l'achèvement de la réponse. Dans le procédé décrit le circuit utilisateur fonc- tionne toujours en tant qu'esclave. Son accès au réseau est établi par une requête ou une commande émise par un second circuit utilisateur qui est un "maitre". Cependant le cir- cuit utilisateur peut établir de lui-même l'accès au réseau et transmettre la réponse. A titre d'exemple un capteur est indiqué présente- ment comme établissant de lui-même l'accès au réseau lorsque ses valeurs limites admissibles sont dépassées. Les schémas de la mémoire de requête 1 et de la mémoire de réponse 5 sur la figure 1A sont identiques et aihsi symétriques. En général le schérfa peut être également non symétrique comme il est représenté sur la figure lB. Dans ce cas le maître émettant la requête attend la réponse- de la part de l'esclave. Sur la figure 2 est représenté un circuit utilisa- teur 24 pourvu d'un processeur 20 et qui est raccordé à un réseau 10. Ce circuit utilisateur 24 comporte un transforma- teur 12, un circuit d'attaque du réseau 14, un interrupteur d'adresse 16, un accumulateur d'énergie 18, le processeur 20 et un capteur 22. La transmission de données et d'énergie a lieu par l'intermédiaire du réseau 10 et du transformateur 12; à cet effet le réseau 10 est alimenté en un point central à partir d'au moins une source de tension alternative. Lors de l'émission à partir d'un circuit utilisateur 24 celui-ci module par exemple l'amplitude de la tension alternative dans le code NRZ (non retour à zéro}. L'impulsion périodique demi-onde de la tension alternative sert à l'alimentation des circuits utilisateurs et également à la synchronisation des données et à leur cadence d'horloge. Le circuit d'attaque du réseau 14 alimente le cir- cuit utilisateur 24 avec au moins une tension continue sta- bilisée 31,36. Un condensateur 18 et/ou une batterie inter- viennent en tant qu'accumulateur d'énergie pour cette ten- sion continue. Le courant maximal vers chaque circuit utili- sateur 24 est limité dans le circuit d'attaque du réseau 14 afin que dans le cas d'un court-circuit d'un ou plusieurs circuits utilisateurs 24 la transmission des données et de l'énergie vers les autres circuits utilisateurs 24 ne soit pas perturbée- Le circuit d'attaque du réseau 14 retransmet au circuit utilisateur 24 auquel il est associé, uniquement les données qui lui sont destinées. A cet effet le circuit d'at- taque du réseau 14 comporte l'interrupteur d'adresse 16. Si l'adresse de la destination d'un message coïncide avec l'a- dresse d'un circuit utilisateur 24, celui-ci passe alors de l'état "prêt au fonctionnement" à l'état "fonctionnement". Ceci a lieu par l'intermédiaire de l'ordre d'interruption d'adresse transmis par exemple par le conducteur 32. Le processeur 20 dirige, par suite de l'émission de l'ordre d'interruption d'adresse, l'opération exigée et il se commu- te ensuite automatiquement de lui-même dans l'état "prêt au fonctionnement", avec un prélèvement d'énergie très réduit. La commande du capteur 22 est assurée par le processeur 20, en parallèle ou en série. Le capteur 22 peut surveiller une grandeur déterminée qui est appliquée sous forme de signal au processeur. Le circuit d'attaque du réseau s'occupe non seu- lement de reconnaître les adresses et de transmettre les données à son propre circuit utilisateur mais encore d'émet- tre automatiquement des données, lors de la réception d'une requête, sans connexion intermédiaire du processeur, il répond avec des données introduites et il accroche ces don- nées au télégramme posant la question. Si le réseau 10 vient à défaillir, les paramètres de fonctionnement du processeur 20 sont conservés par l'énergie accumulée dans l'accumulateur d'énergie notamment la batte- rie 18. Afin que cette énergie suffise pour une longue pé- riode de temps, le processeur 20 est commuté dans l'état "hors fonctionnement" à partir du circuit d'attaque du ré- seau 14, au moyen de l'ordre "coupure d'alimentation" émis sur le conducteur 33, jusqu'à ce qu'une nouvelle adresse soit transmise. Dans l'état "hors fonctionnement" le proces- seur 20 prélève la plus petite énergie possible. La transmission de données entre le circuit d'atta- que du réseau 14 et le processeur 20 peut être réalisée en série ou en parallèle. Dans le cas le plus simple les don- nées sont transmises en série sur la figure en tant que données dlémission par exemple par l'intermédiaire du con- ducteur 35 et en tant que données de réception par exemple par l'intermédiaire du conducteur 34. Dans le cas d'un circuit utilisateur 24 dépourvu du processeur 20, le capteur 22 est connecté directement au circuit d'attaque du réseau 14. Dlans ce cas le circuit d'at- taque du réseau 14 doit assurer la commande du capteur 22. 2604047. REVENDICATIONS 1.- Réseau d'un système de commande, de mesure et de régulation pour la transmission de données et d'énergie par l'intermédiaire des mêmes conducteurs de départ et de retour ou des conducteurs séparés, est caractérisé en ce qu'au moins un appareil d'alimentation central alimente en énergie les circuits utilisateurs(24) raccordés au réseau (10) et leurs circuits d'attaque du réseau (14) et tous les circuits utilisateurs (24) raccordés au réseau (10)) modulent les uns après les autres, en fonction de leur autorisation à la saisie, cette énergie en vue de la transmission des données, sans fournir eux-mêmes de l'énergie au réseau (10). 2.- Réseau suivant la revendication i caractérisé en ce que l'alimentation des circuits utilisateurs (24) est effectuée en courant alternatif. 3.- Réseau suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les circuits utilisateurs (24) sont séparés galva- niquement du réseau (10) au moyen de transformateurs (12). 4.- Réseau suivant l'une quelconque des revendica- -tions -2 ou 3 caractérisé en ce que l'impulsion périodique demi-onde de la tension alternative sert à l'alimentation des circuits utilisateurs (24) et également à la synchroni- sation des données et à leur cadence d'horloge. 5.- Réseau suivant l'une quelconque des revendica- tions 2 à 4 caractérisé en ce qu'à partir de la tension alternative est produite au moins une tension continue ré- gulée dont le courant maximal est limité de telle façon que la mise en court-circuit d'un ou plusieurs des circuits utilisateurs (24) raccordés au réseau (10) n'altère pas la transmission de données des autres circuits utilisateurs (24) raccordés au réseau (10). 6.- Réseau suivant l'une quelconque des revendica- tions i à 5 caractérisé en ce que les circuits utilisateurs (24) peuvent prendre, en vue de la réduction de leur énergie consommée, au moins trois états différents à savoir un état "fonctionnement", un état "prêt au fonctionnement", un état "hors fonctionnement" avec stockage des données de fonc- tionnement, l'énergie prélevée par un circuit utilisateur est commandée par la transmission des données et l'énergie est partagée entre tous les circuits utilisateurs (24). 7.- Réseau suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6 caractérisé en ce que chaque circuit d'attaque du réseau (14) examine, à la place de son circuit utilisa- teur, en vue de la réduction de l'énergie consommée par ce circuit utilisateur (24), si l'adresse de destination d'un message correspond à celle de son circuit utilisateur (24) et seulement dans ce cas il fait passer son circuit utili- sateur (24) de l'état "prêt au fonctionnement" à l'état "fonctionnement", lorsque l'adresse de destination coTncide avec l'adresse du circuit utilisateur (24), auquel cas le circuit utilisateur (24) accepte le message qui commande l'exécution de l'opération exigée, et après l'exécution de cette opération il revient automatiquement dans l'état "prêt au fonctionnement" avec une faible consommation d'énergie. 8.- Réseau suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7 caractérisé en ce que dans le cas d'une défail- lance de l'appareil d'alimentation central chaque circuit utilisateur (24) est amené, par son circuit d'attaque du réseau (14), dans l'état "hors fonctionnement", avec un faible prélèvement d'énergie, si bien que les données de fonctionnement restent conservées grâce à sa batterie (18), jusqu'à ce que le circuit d'attaque du réseau (14) fasse passer de nouveau le circuit utilisateur (24), après ré- ception d'une adresse de destination, dans l'état "prêt au fonctionnement". 9.- Réseau suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8 caractérisé en ce que le point d'introduction de l'énergie est située au milieu du réseau. 10.- Réseau suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 9 caractérisé en ce que le circuit d'attaque du réseau (14) comporte un détecteur de collision en émission qui commande l'accès au réseau. 11.- Réseau suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 10 caractérisé en ce que le circuit d'attaque du réseau (14) comporte un dispositif qui provoque une commuta- tion automatique de la saisie en fonction de la charge de ce réseau. 12.- Réseau suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 11 caractérisé en ce que les circuits utilisateurs (24) sont couplés au réseau (10), par l'intermédiaire des circuits d'attaque du réseau (14), avec leurs propres étages de coupure UART, USART. 13.- Réseau suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 12 caractérisé en ce que les circuits utilisa- teurs comportent un processeur à circuit intégré du type CMOS avec des étages de coupure en série UART, par exemple celui connu sous le nom de INTEL 8051. 14.- Réseau suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 13 caractérisé en ce que pour la transmission de données et d'énergie ou bien uniquement pour la transmission de données est utilisé un seul et même protocole si bien que seuls les niveaux 1 du modèle ISO sont adaptés, pendant que pour la transmission de do-nnées et d'énergie un autre cir- cuit d'attaque de réseau (14) est utilisé. 15.- Réseau suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 14 caractérisé en ce que le circuit d'attaque du réseau (14) s'occupe non seulement de reconnaître les adres- ses et de transmettre les données à son propre circuit utilisateur (24) mais encore d'émettre automatiquement des données, lors de la réception d'une requête, sans connexion intermédiaire du processeur (20), il répond avec des données introduites et il accroche ces données au télégramme posant la question. 16.- Réseau suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 15 caractérisé en ce que le circuit utilisateur (24) fonctionne sans processeur (20) et son circuit d'atta- que du réseau (14) assure sa propre commande. 17.- Circuit utilisateur raccordé à un réseau qui répond, en tant qu'esclave, à un second circuit utilisateur émettant une requête et/ou une commande, par l'intermédiaire d'un circuit d'attaque du réseau, caractérisé en ce que le circuit d'attaque (14) commande et/ou interroge de lui-même les unités émettant la requête et/ou la commande retourne la réponse requise, sans comporter un processeur. 18.- Circuit utilisateur suivant la revendication 17 caractérisé en ce que le circuit utilisateur (24) utili- sé en tant qu'esclave ajoute sa réponse à la requête ou à l.a commande d'un second circuit utilisateur appelant en ayant la priorité d'accès au réseau. 19.- Circuit utilisateur s.uivant l'une quelconque des revendications 17 ou 18 caractérisé en ce que le circuit d'attaque du réseau (14) stocke l'adresse de destination qui est appelée et il la compare avec l'adresse du circuit utilisateur (24). 20.- Circuit utilisateur suivant la revendication 19 caractérisé en ce que le circuit d'attaque du réseau (14) stocke la donnée arrivant lors de la réception d'une adresse de destination valide et il initialise la requête et/ou la commande devant être exécutée. 21.- Circuit utilisateur suivant la revendication - caractérisé en ce que le circuit d'attaque du réseau (14) exécute la commande sur la base de la don-née si la sécurité de donnée est valide. 22.- Circuit utilisateur suivant l'une quelconque des revendications 17 à 21 caractérisé en ce que le circuit d'attaque du réseau (14) transmet, en tant que réponse, soit d'abord l'adresse de la source stockée et ensuite l'a- dresse de destination, en prenant en compte la priorité d'accès du circuit utilisateur émettant la requête ou la commande, soit il démarre la transmission de la réponse sans adresse. 23.- Circuit utilisateur suivant l'une quelconque des revendications 17 à 22 caractérisé en ce que le circuit d'attaque du réseau (14) termine la requête et ajoute la donnée de la requête à la réponse.. 24.- Circuit utilisateur suivant l'une quelconque des revendications 17 à 23 caractérisé en ce que le circuit d'attaque du réseau (14) forme la sécurité de la donnée à partir de la réponse transmise et il l'ajoute à la réponse en tant que terminaison. 25. - Circuit utilisateur suivant l'une quelconque des revendications 17 à 24 caractérisé en ce que le second circuit utilisateur (24) qui émet un appel dans le circuit d'attaque du réseau (14), peut établir un accès au réseau suivant le principe du maître central, suivant la méthode CSMA/CD ou suivant la méthode a "jeton passant". 26.- Circuit utilisateur suivant la revendication caractérisé en ce que lorsque la méthode à "jeton pas- sant" est utilisée pour l'accès au réseau, le circuit d'at- taque du réseau (14) retourne la priorité d'accès, à savoir le jeton, au circuit utilisateur émettant la requête ou la commande après sa réponse. 27.- Circuit utilisateur suivant l'une quelconque des revendications 17 à 26 caractérisé en ce que le circuit d'attaque du réseau (14) comprend lui-même tous les compo- sants exigés pour lui permettre de recevoir la requête et/ou la commande du second circuit utilisateur (24), pour exécu- ter l'ordre, pour former la donnée de requête et pour re- tourner la donnée de requête, en tant que réponse, au cir- cuit utilisateur. 28.- Circuit utilisateur suivant l'une quelconque des revendications 17 à 27 caractérisé en ce que le circuit utilisateur (24) fonctionne en tant que capteur et/ou actionneur.