Brevet FR2634899A1 — publié le 19900202

CIRCUIT D'ENTREE, DU TYPE TOUT OU RIEN, D'UN AUTOMATE PROGRAMMABLE. L'invention concerne un circuit d'entrée d'un automate programmable, destiné à être connecté à un capteur, de type tout ou rien, comportant un élément de commutation, pouvant prendre des positions d'ouverture ou de fermeture et disposé entre une borne d'alimentation et une borne de sortie, ledit circuit d'entrée comportant deux bornes d'alimentation entre lesquelles est appliquée une tension d'alimentation, l'une de ces bornes étant destinée à être connectée à la borne d'alimentation du capteur, et une borne d'entrée destinée à être connectée à la borne de sortie du capteur, le circuit d'entrée comportant des moyens de comparaison des signaux d'entrée appliqués sur sa borne d'entrée à un seuil, lesdits moyens fournissant en sortie des signaux représentatifs de la position de l'élément de commutation du capteur. Dans les automates programmables le système d'entrée/sortie assure l'interface entre l'unité centrale de traitement et des dispositifs d'entrée, capteurs ou détecteurs, d'une part et les actionneurs du processus d'autre part. Les circuits d'entrée du type tout ou rien comparent le signal d'entrée à un seuil de reconnaissance de manière à déterminer l'état du dispositif d'entrée auquel il est connecté, des entrées d'un même type se différenciant les unes des autres par la nature (continu ou alternatif) et la valeur des tensions d'alimentation des capteurs. On a, par ailleurs déjà proposé (FR-A-2565378) certaines configurations de circuits d'entrée/sortie permettant la détection d'un certain nombre de défauts dus au système d'entrée/sortie. Ces systèmes sont complexes et permettent essentiellement la détection de défauts liés à un circuit de sortie. L'invention concerne plus spécifiquement les circuits d'entrée tout ou rien et a pour but un circuit standardisé fiable permettant à la 'fois la détection de l'état du capteur et la détection de défauts liés au système d'entrée, quelle que soit la valeur de la tension d'alimentation. Selon l'invention ce but est obtenu par un circuit d'entrée du type précité caractérisé en ce qu'il est destiné à être connecté à un capteur comportant une résistance en parallèle - sur l'élément de commutation et en ce qu'il comporte des moyens de comparaison des signaux d'entrée à au moins un second seuil, lesdits moyens fournissant en sortie des signaux représentatifs d'un défaut de fil coupé, le circuit d'entrée comportant des moyens d'asservissement desdits seuils à la tension d'alimentation. Selon un mode préféré de réalisation les moyens de comparaison et d'asservissement comportent un microprocesseur, un converti- sseur analogique-numérique, dont l'entrée est connectée à la borne d'entrée du circuit d'entrée et dont la sortie est connectée à l'entrée du microprocesseur, et des moyens produisant une tension de référence proportionnelle à la tension d'alimentation, ladite tension de référence étant appliquée sur une entrée de référence du convertisseur, les signaux numériques de sortie du convertisseur étant comparés dans le microprocesseur à des seuils numériques fixes. Dans ce type de. circuit d'entrée intelligent, la comparaison des signaux d'entrée à des seuils asservis à la tension d'alimentation est donc réalisée par comparaison à des seuils numériques fixes de ces signaux d'entrée convertis en numérique au moyen d'un convertisseur analogique-numérique dont la tension de référence est asservie à la tension d'alimentation. Selon un autre mode de réalisation les moyens d'asservissement sont constitués par un réseau de résistances connectées en série entre les bornes d'alimentation du circuit d'entrée, une tension de seuil étant présente sur chaque point commun à deux résistances, les moyens de comparaison comportant une pluralité d'amplificateurs opérationnels comportant chacun une entrée connectée à la borne d'entrée du circuit et une entrée sur laquelle est appliquée l'une des tensions de seuil. Le capteur comportant une résistance en parallèle sur son élément de commutation, le circuit d'entrée peut donc détecter un défaut de fil coupé. Si le capteur comporte, de plus, une résistance en série avec l'élément de commutation il est possible, par introduction dans le circuit d'entrée d'un seuil de comparaison supplémentaire également asservi à la tension d'alimentation, de détecter également un court-circuit. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un circuit d'entrée selon l'invention. La figure 2 illustre les valeurs prises par la tension d'entrée Vc du convertisseur analogique-numérique en fonction des différents états du capteur et les seuils de comparaison numériques correspondants du circuit selon la figure 1. La figure 3 représente un second mode de réalisation d'un circuit d'entrée selon l'invention. Le circuit d'entrée 10 représenté sur la figure 1 est connecté à un capteur 12, de type tout ou rien, comportant une borne d'alimentation 14 et une borne 16 de sortie du signal. La borne 14 d'alimentation du capteur et une borne 18 d'alimentation du circuit d'entrée sont toutes deux connectées à une tension d'alimentation Va, tandis qu'une seconde borne, 20, d'alimentation du circuit d'entrée est connectée à la masse. A titre d'exemple non limitatif, cette tension peut être une tension continue pouvant varier entre 20 et 60 V. Le circuit d'entrée 10 comporte une borne d'entrée 22 connectée à la borne 16 de sortie du'signal du capteur. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le circuit d'entrée 10, du type intelligent, comporte un microprocesseur 24 destiné au traitement des informations qui lui sont fournies par le capteur 12, ce microprocesseur communiquant, de manière connue, par l'intermédiaire d'une borne de sortie 26 avec l'unité centrale de l'automate programmable. Le signal Ve appliqué sur la borne d'entrée 22 du circuit d'entrée 10 est, après mise en forme, converti en un signal numérique N dans un convertisseur analogique-numérique 28. Ce signal numérique N est ensuite appliqué au microprocesseur 24. Le microprocesseur 24, le convertisseur 28 et tous les autres circuits logiques du circuit d'entrée 10 sont alimentés par une tension de 5 V produite par une source de tension auxiliaire, externe, non représentée pour ne pas surcharger inutilement la figure. La tension d'entrée Ve doitdonc être mise en forme avant d'être appliquée à l'entrée du convertisseur 28 de manière à être adaptée aux tensions acceptables par celui-ci. Pour cela, la tension Ve est appliquée aux bornes d'un diviseur résistif constitué par deux résistances R1 et R2 en série entre les bornes 22 et 20. Les valeurs respectives des résistances R1 et R2 doivent être telles que la tension calibrée Vc aux bornes de la résistance R2 soit inférieure ou égale à 5V lorsque la tension d'entrée Ve est maximale. A titre d'exemple on peut choisir R1 = 1,8 Kohms et R2 = 120 ohms, ce qui correspond à une tension d'entrée Ve de 80V pour une tension calibrée Vc de 5V. Une diode Zener 30, ou tout autre élément écrêteur équivalent, est de préférence disposé en parallèle sur le pont diviseur entre les bornes 20 et 22, de manière à protéger le circuit d'entrée contre les surtensions supérieures à la tension maximale admissible (5 V pour Vc). De manière classique une résistance de limitation R3 est disposée entre le point milieu du diviseur de tension et l 'entrée du convertisseur, une capacité 31 étant connectée entre cette entrée et la masse. Selon l'invention un signal de référence Vref, asservi à la tension d'alimentation Va, est appliqué à l'entrée référence du convertisseur analogique-numérique 28. Dans le mode de réalisation préféré représenté sur la figure 1, le signal de référence Vref est obtenu à l'aide d'un pont diviseur résistif constitué par deux résistances R4 et R5 en série entre les bornes d'alimentation 18 et 20. Un amplificateur opérationnel 32 monté en adaptateur d'impédance peut, si nécessaire, être connecté entre le point milieu du pont diviseur et l'entrée référence du convertisseur 28. Sous la commande du microprocesseur, qui applique un signal sur son entrée L, le convertisseur 28 convertit le signal calibré Vc en un signal numérique N dont la valeur numérique la plus élevée correspond à un signal calibré Vc = Vref. Ainsi pour un convertisseur à 8 bits, tous les bits seront à 1 lorsque le signal calibré est égal à Vref. On aura toujours la même résolution, complète, pour toutes les valeurs de la tension calibrée comprises entre O et Vref, quelle que soit la valeur de la tension de référence, ainsi que cela ressort clairement de la figure 2. Les valeurs des résistances R4 et R5 sont choisies de manière à ce que la valeur de la tension de référence soit maximale, soit 5V, lorsque la tension d'alimentation est maximale. A titre d'exemple on peut choisir R4 = 18 Kohms et R5 = 1,2 Kohms, ce qui correspond à une tension de référence Vref de 5V pour une tension d'alimentation Va de 80V. La tension d'entrée Ve pouvant au maximum être égale à la tension d'alimentation Va, et les tensions calibrées et de référence, Vc et Vref devant être égales au maximum à 5V, il est préférable de choisir les valeurs des résistances R1 à R4 de manière à ce que le coefficient k de proportionnalité entre Va et Vref soit identique à celui entre Ve et Vc, soit Va = k Vref et Ve = kVc. Le signal numérique N de sortie du convertisseur est comparé dans le microprocesseur à un certain nombre de seuils (s1,s2,s3,figure 2), permettant ainsi de déterminer l'état du capteur et de détecter un certain nombre de défauts. Si l'on se réfère à la figure 1, le capteur 12 est constitué par un élément de commutation 34, disposé entre les bornes 14 et 16, et pouvant être ouvert ou fermé. Les circuits d'entrées classiques détectent l'état d'un capteur tout ou rien en comparant sa tension de sortie, qui passe de O en position d'ouverture du capteur à la tension d'alimentation en position de fermeture, à un seuil qui est généralement égal à 70% de la tension d'alimentation. Le circuit d'entrée selon l'invention permet non seulement de déterminer l'état du capteur, mais également de détecter certains défauts. Pour cela il est utilisé avec un capteur comportant une résistance R6 en parallèle sur l'élément de commutation. Ainsi, en position d'ouverture du capteur la tension d'entrée Ve du circuit d'entrée n'est pas nulle, un courant de fuite parcourant la résistance R6. Par contre si l'un des fils de liaison est coupé, soit en amont de la borne 14, soit entre les bornes 16 et 22, la tension d'entrée Ve passe à zéro. Dans certains types de capteurs, il n'est pas nécessaire d'ajouter une résistance R6 en parallèle sur l'élément de commutation, celui-ci comportant une résistance de fuite suffisante pour jouer le rôle de la résistance R6. Dans un mode de réalisation préféré une résistance R7 est introduite dans le capteur en série avec l'élément de commutation de manière à permettre également la détection d'un court-circuit entre la ligne d'alimentation connectée à la borne 14 et le fil de liaison entre les bornes 16 et 22. En effet en cas de court-circuit, la tension d'entrée Ve est alors égale à la tension d'alimentation alors qu'en position de fermeture du capteur une chute de tension dans la résistance R7 diminue la tension d'entrée. A titre d'exemple on a représenté sur la figure 2, entrait plein, les valeurs de la tension calibrée Vc correspondant aux deux états possibles du capteur et aux deux d6fauts d6tectables avec le circuit d'entr6e représenté sur la figure 1, en donnant aux diverses résistances les valeurs suivantes: R1 = 1,8 Kohms R2 = 120 ohms R4 = 18 Kohms R5.= 1,2 Kohms R6 = 3,3 Kohms R7 - 1 Kohms On obtient ainsi: Vc = Vref en cas de court-circuit Vc = 2Vref/3.en position de fermeture du capteur Vc = Vref/3 en position d'ouverture du capteur Vc = 0 en cas de fil coupé. La comparaison de la tension d'entr6e Ve, après calibrage, à 3 seuils permet ainsi de distinguer ces quatre états. A titre d'exemple on a indiqu6 sur la figure 2, les seuils S1, S2 et S3 pouvant être choisis pour distinguer ces 4 états: S1 = Vref/4 S2 = Vref/2 S3 = 2 Vref/3 Plus généralement on a: Va = k Vref Vref = kl S1 Vref = k2 S2 Vref.= k3 S3 soit Va = kklS1 = kk2S2 = kk3S3. Les seuils S1 à S3 sont donc bien asservis à la tension d'alimentation. A ces trois seuils correspondent (figure 2) trois valeurs numériques sl, s2 et s3 qui sont fixes et totalement indépendantes de la tension d'alimentation. Ainsi, grâce à l'utilisation par le convertisseur A/N d'une tension de référence asservie à la tension d'alimentation, il est possible d'utiliser dans le microprocesseur des seuils numériques fixes pour comparer la tension d'entrée à des seuils (S1 à S3) asservis à la tension d'alimentation. Il est évident que l'on peut utiliser un microprocesseur pour plusieurs points d'entrée. Dans ce cas on utilisera de préférence un seul convertisseur analogique-numérique dont l'entrée sera connectée par l'intermédiaire d'un multiplexeur aux points milieux de plusieurs ponts diviseurs résistifs, eux- mêmes connectés chacun à un capteur. La figure 3 illustre un autre mode de réalisation de l'invention ne nécessitant pas de convertisseur analogique-numérique. les éléments communs aux circuits d'entrée 10 et 36 selon les figures 1 et 3 portent les mêmes références. Le circuit d'entrée 36 compare la tension calibrée Vc à 3 seuils Sl, S2 et S3 obtenus à partir d'un réseau résistif constitué par 4 résistances R8,R9,RO10 et R11 connectées en série entre les bornes d'alimentation 18 et 20. Les seuils S1 à S3 sont donc proportionnels à la tension d'alimentation Va: Va = K1S1 = K2S2 = K3S3 avec K1 = (R8 + R9 + R10 + R11)/R11 K2 = (R8 + R9 + R10 +R11)/(R10 + R11) K3 = (R8 + R9 + R10 + R11)/(R9 + R10 + R11) Le même circuit permet donc, sans aucune modification, de comparer la tension d'entrée Ve à des seuils adaptés quelle que soit la valeur de la tension d'alimentation. Dans le mode-de réalisation particulier représenté sur la figure 3, la tension calibrée Vc est appliquée à l'entrée inverseuse d'un premier comparateur constitué par un amplificateur opérationnel 38 dont l'entrée non inverseuse est à la tension de seuil Sl. Ce premier comparateur fournit ainsi en sortie un signal A de valeur logique 1 tant que lesignal Vc est inférieur à Sl, c'est à dire lorsqu'il y a un fil coupé. La tension calibrée Vc est également appliquée aux entrées non inverseuses de deux comparateurs constitués pardesamplificateurs opérationnels 40 et 42 dont les entrées inverseuses sont respectivement reliées aux tensions de seuil S2 et S3. Un circuit logique de traitement 44 recevant les signaux A, B, et C de sortie des 3 comparateurs 38, 40 et 42 permet de fournir à l'automate programmable les indications nécessaires pour distinguer les 4 états précités. Sur la figure 3 on a représenté un mode de réalisation possible d'un tel circuit 44 comportant 4 sorties D1 à D4 dont une seule peut prendre la valeur logique 1 à un instant donné. On obtient ainsi les signaux A, B, C, D1, D2 D3 et D4 suivants en fonction de l'état du capteur: Fil coupé: Vc S3 A = 0 B= C = 1 D4= C = 1 Bien entendu une tension d'alimentation continue externe (non représentée) est utilisée pour alimenter les divers circuits logiques du circuit d'entrée. La description a été faite pour une tension d'alimentation continue. Il est néanmoins clair que l'invention est également applicable dans le cas o la tension d'alimentation est alternative, des redresseurs à double alternance étant alors disposés entre les bornes d'alimentation et d'entrée et les ponts diviseurs résistifs qui leur sont associés. Le capteur peut également être constitué par un capteur électronique à 3 bornes, la troisième borne étant alors connectée à la masse. REVENDICATIONS 1. Circuit d'entrée d'un automate programmable, destiné à être connecté à un capteur (12), de type tout ou rien, comportant un élément de commutation (34), pouvant prendre des positions d'ouverture ou de fermeture et disposé entre une borne d'alimentation (14) et une borne de sortie (16), ledit circuit d'entrée comportant deux bornes d'alimentation (18,20) entre lesquelles est appliquée une tension d'alimentation (Va), l'une de ces bornes étant destinée à être connectée à la borne d'alimentation (14) du capteur, et une borne d'entrée (22) destinée à être connectée à la borne de sortie (16) du capteur, le circuit d'entrée (10,36) comportant des moyens de comparaison des signaux d'entrée (Ve) appliqués sur sa borne d'entrée (22) à un seuil (S2), lesdits moyens fournissant en sortie (26; D2, D3) des signaux représentatifs de la position de l'élément de commutation du capteur, circuit caractérisé en ce qu'il est \ destiné à être connecté à un capteur comportant une résistance (R6) en parallèle sur l'élément de commutation (34) et en ce qu'il comporte des moyens de comparaison des signaux d'entrée (Ve) à au moins un second seuil (Si), lesdits moyens fournissant en sortie (26,D1) des signaux représentatifs d'un défaut de fil * coupé, le circuit d'entrée comportant des moyens (R4,R5; R8 à R11) d'asservissement desdits seuils à la tension d'alimentation (Va). 2. Circuit d'entrée selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de comparaison et d'asservissement comportent un microprocesseur (24), un convertisseur analogique-numérique (28), dont l'entrée est connectée à la borne d'entrée (22) du circuit d'entrée et dont la sortie est connectée à l'entrée du microprocesseur, et des moyens (R4,R5) produisant une tension de référence (Vref) proportionnelle à la tension d'alimentation (Va), ladite tension de référence étant appliquée sur une entrée de référence du convertisseur, les signaux numériques (N) de sortie du convertisseur étant comparés dans le microprocesseur à des seuils numériques fixes (si,s2). 3. Circuit d'entrée selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de production de la tension de référence (Vref) sont constitués par un pont diviseur résistif (R4,R5) connecté entre les bornes d'alimentation (18,20) du circuit d'entrée, le point milieu du pont diviseur étant connecté à l'entrée de référence du convertisseur. 4. Circuit d'entrée selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'asservissement sont constitués par un réseau de résistances (R8Rl11) connectées en série entre les bornes d'alimentation (18,20) du circuit d'entrée, une tension de seuil étant présente sur chaque point commun à deux résistances, les moyens de comparaison comportant chacun une entrée connectée à la borne d'entrée (22) du circuit et une entrée sur laquelle est appliquée l'une des tensions de seuil. 5. Circuit d'entrée selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un pont diviseur résistif (R1,R2) connecté entre la borne d'entrée et la borne d'alimentation (20) qui n'est pas connectée au capteur, le point milieu dudit pont résistif étant connecté à l'entrée des moyens de comparaison. 6. Circuit d'entrée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est destiné à être connecté à un capteur (12) comportant une résistance (R7) en série avec l'élément de commutation, et en ce qu'il comporte des moyens de comparaison des signaux d'entrée (Ve) à un troisième seuil (S3), asservi à la tension d'alimentation, de manière à détecter un court-circuit.