Brevet FR2639735A1 — publié le 19900601

Bus différentiel et procédé de défense d'un tel bus. L'invention concerne les bus différentiels dans lesquels au moins une liaison bifilaire relie les modules d'émission-réception respectifs d'un contrôleur maitre et d'une pluralité d'unités esclaves d'entrée-sortie de données numériques ; elle a plus particulièrement pour objet la défense de ce type de bus visà-vis des défauts électriques susceptibles de perturber leur fonctionnement et elle propose un procédé de défense correspondant. De manière connue, les modules d'émission-réception tant des unités esclaves que du contrôleur, qui sont raccordés en parallèle aux fils d'une liaison bifilaire de bus différentiel, sont composés chacun de deux amplificateurs différentiels montés tête-bêche et reliés chacun aux deux fils de la liaison, l'un par ses entrées et l'autre par ses sorties différentielles. Dans une forme classique d'exploitation, les unités esclaves sont mises en émission tour à tour sur la liaison bifilaire d'un bus différentiel par des messages individuels que diffuse successivement le contrôleur par l'intermédiaire de cette liaison bifilaire. Chaque unité esclave émet un message de réponse à reconnaissance d'un message individuel qui lui est destiné. A cet effet, tout module d'émission-réception, tant du contrôleur que d'une unité esclave, fournit les potentiels d'alimentation qui sont appliqués à la liaison bifilaire pendant les laps de temps où il est émetteur et assure les inversions de polarités liées à l'émission des données proprement dites. De ce fait, tout défaut électrique, qui affecte la liaison bifilaire et/ou au moins l'un des modules d'émission-réception connectés à elle et qui en modifie les potentiels d'alimentation, est susceptible de perturber plus ou moins gravement les transmissions de données. Pour limiter l'influence de tels défauts la présente invention propose un bus différentiel agencé de manière particulière et un procédé de défense conçu pour un tel bus. Le bus différentiel relie classiquement, par l'intermédiaire d'au moins une liaison bifilaire, les modules d'émission-réception respectifs d'un contrôleur, habituellement piloté par un processeur, et d'une pluralité d'unité esclaves d'entrée-sortie de données numériques. Les modules d'émission-réception disposés en parallèle le long de la liaison bifilaire comportent classiquement chacun deux amplificateurs différentiels connectés tête-bêche et par l'intermédiaire de résistances de limitation de courant aux fils de la liaison, l'un par deux entrées et l'autre par deux sorties complémentaires. Selon une caractéristique de l'invention, le contrôleur comporte des moyens auxiliaires de commande, pour forcer les potentiels des fils de liaison bifilaire, en plus de l'amplificateur différentiel concerné de ce contrôleur, de manière à tenter de reprendre les transmissions de données, en cas de défaut électrique bloquant les inversions de polarité par les amplificateurs différentiels prévus à cet effet. Le procédé de défense selon l'invention est prévu pour un bus différentiel qui présente la caractéristique énoncée cidessus et par l'intermédiaire duquel un contrôleur et des unités esclaves échangent des messages constitués de données numériques qui sont transmises en série et se traduisent par des inversions de polarité au niveau des fils de liaison bifilaire. Selon une caractéristique de l'invention la non-détection d'inversion de polarité par le module d'émission-réception du contrôleur sur une liaison bifilaire, au-delà d'un délai déterminé de fonctionnement, entratne une phase de reconfiguration au cours de laquelle la polarisation des fils de cette liaison bifilaire est forcée par l'intermédiaire de moyens auxiliaires de commande du contrôleur. Ces derniers appliquent alors sélectivement à chaque fil, via une résistance de limitation de courant, l'un des potentiels d'alimentation communs aux amplificateurs différentiels des modules d'émission-réception pour tenter de permettre une reprise des transmissions. Une inversion de cette polarisation forcée est éventuellement effectuée par les moyens auxiliaires de commande, si les polarités préalablement appliquées n'ont pas permis la reprise des transmissions. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec la figure définie ci-dessous. Cette figure unique propose un schéma, d'un bus différentiel, agencé selon l'invention et présenté dans le cadre d'une installation comportant un dispositif de commande 1 supervisant une pluralité d'équipements 2 distants auxquels il est relié par au moins un bus différentiel, ce dernier étant essentiellement constitué par une liaison bifilaire 3 aux extrémités de laquelle sont placés deux impédances d'adaptation, ici composées chacune d'une résistance 4 en série avec une capacité 50. Le dispositif de commande 1 et les équipements 2 sont reliés à la liaison bifilaire 3 du bus différentiel par des interfaces respectivement dénommées et référencées contrôleur 6 maitre et unités esclaves d'entrée-sortie de données numériques 7. Le contrôleur 6 et les unités esclaves 7 sont susceptibles d'être raccordées à plus d'une liaison bifilaire 3 de bus différentiel, notamment afin d'augmenter la sécurité des transmissions, selon des techniques de répartition des trafics bien connues. Le contrôleur 6 et les unités esclaves 7 sont respectivement reliés par des liaisons de transmission LT1 et LT2, l'un à l'agencement de commande 1 et les autres aux équipements 2 qu'elles desservent individuellement. Le dispositif de commande 1 est organisé, par exemple, autour d'au moins un processeur non représenté, les équipements 6 sont, par exemple, de petits appareillages comprenant un ou plusieurs capteurs ou actionneurs situés à distance de l'agencement de commande 1 qui les pilote. Le contrôleur 6 inséré entre la liaison bifilaire 3 et le dispositif de commande 1 est ici chargé de régir les transmissions de données entre cet agencement de commande et les équipements 2. Il commande par exemple l'émission des messages par les unités esclaves en diffusant lui-même des messages individualisés d'activation. Chaque message individualisé reconnu par une unité esclave, par exemple par comparaison avec un code individuel mémorisé dans cette unité, entrasse l'émission par celle-ci d'un message de réponse. A cet effet le contrôleur 6 comporte un agencement 8 assurant d'une part la gestion des transmissions sur la liaison bifilaire 3 par l'intermédiaire d'une logique de commande, par exemple un micro-contrôleur non représenté, et d'autre part les éventuelles adaptations rendant compatibles les signaux transitant respectivement entre l'unité de commande, via la liaison de transmission LT1, et la liaison bifilaire 3. De même chaque unité esclave comporte un agencement 9 assurant d'une part la détection des messages pour cette unité esclave et la commande d'émission à partir de ces messages, au moyen d'une logique de commande, qui est par exemple de type logique cablée, d'autre part l'adaptation des signaux transistant entre l'équipement 2 desservi par cette unité esclave 7 et la liaison bifilaire 3, via une liaison individuelle de transmission LT2. La connexion du contrôleur 6 et des unités esclaves 7 à la liaison bifilaire 3 s'effectue par l'intermédiaire de modules d'émission-réception de données numériques, respectivement références 10 pour le contrôleur et 11 pour les unités esclaves, ces modules sont insérés entre la liaison bifilaire 3 et l'un ou l'autre des agencements 8 ou 9 suivant le cas. On notera que la structure et les fonctions du dispositif de commande 1, des équipements 2 et des agencements 8 et 9 ne sont pas précisés ici plus avant, dans la mesure où ils correspondent à des arrangements classiques qui n'ont qu'un rapport indirect avec la présente invention. Les modules d'émission-réception 10 et 11 qui sont raccordés en parallèle sur la liaison bifilaire 3 comportent identiquement, chacun, deux amplificateurs différentiels 12, 13 montés têtebêche, et raccordés aux fils 3Y, 3Z de la liaison bifilaire l'un par ses deux sorties complémentaires de données et l'autre par ses deux entrées. L'entrée de chacun des amplificateurs différentiels 12 émettant sur la liaison bifilaire 3 est raccordée à l'agencement 8 ou 9 du contrôleur ou de l'unité esclave qui la comporte, de même que l'est la sortie de l'amplificateur différentiel 13 associé. De manière usuelle chaque amplificateur différentiel 12 ou 13 est raccordé à deux bornes d'alimentation ici référencées OV et +V et est apte à produire à ses deux sorties des polarités inverses déterminées par le niveau respectif de ses entrées. Une commande appliquée à l'amplificateur différentiel 12 d'un module d'émission permet le passage en haute impédance des sorties de cet amplificateur sous le contrôle de la logique contenue dans l'agencement 8 ou 9 qui le supervise. Chaque amplificateur différentiel 12 raccordé en position d'émission aux fils 3Y et 3Z est donc apte, lorsqu'il est activé, à fixer temporairement les polarités de ces fils et à les inverser en fonction des signaux de type binaire appliqués à ses entrées. En fonctionnement normal, les polarités inverses appliquées respectivement au fil B1 et au fil B2, par un amplificateur différentiel 12 activé, sont reçues aux entrées complémentaires de tous les amplificateurs différentiels 13, via les fils 3Y et 3Z. Dans l'exemple de réalisation proposé, le contrôleur 6 n'adresse qu'une unité esclave 7 à la fois, il n'y a donc normalement qu'un seul amplificateur différentiel 12 en émission sur la liaison bifilaire 3. Toutefois le fonctionnement normal du bus différentiel réalisé à l'aide de cette liaison bifilaire 3 peut être paralysé par une défaillance électrique touchant le contrôleur 6 ou l'une ou l'autre des unités esclaves 7. En raison de la position maitresse du contrôleur 6, toute défaillance empêchant les inversions de polarité en sortie de l'un ou l'autre des amplificateurs différentiels 12, 13 qu'il comporte, interrompt totalement les transmissions. Le remède connu consiste à prévoir un second bus en parallèle entre le contrôleur et les unités esclaves. Si une défaillance intervient dans une des unités esclaves, il importe de repérer cette unité esclave et si possible de la mettre automatiquement hors circuit, pour éviter la détérioration éventuelle de composants, tant dans l'unité esclave touchée que dans les autres et dans le contrôleur, et pour permettre le maintien en service du bus différentiel. Une protection classique est réalisée par insertion de résistances de limitation de courant 14 sur les deux fils reliant respectivement chacun une sortie d'un amplificateur opérationnel 12 d'émission et une entrée d'un amplificateur opérationnel 13 récepteur à l'un des fils 3Y ou 3Z de cette liaison bifilaire dans une unité esclave 7. Selon l'invention on implante des moyens auxiliaires de polarisation dans le module d'émission-réception 10 du contrôleur de manière à pouvoir imposer des polarités à volonté aux fils 3Y et 3Z en cas de défaut paralysant le bus au niveau de l'une des unités esclaves 7. A cet effet, le fil 3Y est relié via deux résistances de limitation de courant 15 d'une part au potentiel d'alimentation +V par un transistor 16 de type PNP et au potentiel d'alimentation OV par un transistor 17 de type NPN. Il en est de même pour le fil 3Z respectivement relié aux potentiels +V et OV via deux résistances de limitation de courant 15 et deux transistors, l'un 18 de type PNP et l'autre 19 de type NPN. Les quatre transistors 16 à 19 sont commandés par action de l'agencement 8 agissant sur leurs bases respectives de manière à individuellement les placer soit dans un état passant soit dans un état bloqué, l'agencement 8 étant doté de moyens de polarisation classiques non représentés. Si par suite d'un défaut électrique l'une des unités esclaves 7 applique constamment une fraction d'un des deux potentiels d'alimentation OV ou +V à l'une des bornes B1 ou B2 d'une des résistances de limitation de courant 14 qu'elle comporte, cette unité est alors le plus souvent bloquée et ne peut assurer aucune inversion de polarité sur la liaison filaire, dont un des fils est alors porté à un potentiel parasite compris entre les deux potentiels OV et +V. Le contrôleur 6 et les autres unités esclaves peuvent encore assurer individuellement des inversions de polarité sur la liaison bifilaire 3 avec des niveaux différents. Les transmissions de données restent possibles et l'unité esclave défaillante se signale par son absence de réponse qui peut être prise en compte par la logique de commande de l'agencement 8 et si besoin est par le dispositif de commande. Si le défaut électrique affectant une unité esclave entraine pratiquement l'application constante des potentiels d'alimentation +V et OV chacun à l'un des fils 3Y, 3Z de la liaison bifilaire 3, selon l'une ou l'autre des deux possibilités existantes, il y a alors blocage total du bus différentiel puisque ni le contrôleur 6 ni les autres unités esclaves ne peuvent alors inverser seuls les polarités des dits fils et par conséquent assurer la transmission de données. Par contre il est possible d'obtenir à nouveau des inversions de polarité par chacun des amplificateurs différentiels 12 du contrôleur 6 ou des unités esclaves 7 qui ne sont pas en défaut par polarisation auxiliaire des fils 3Y, 3Z par l'intermédiaire de l'un ou l'autre des jeux de deux transistors 16 et 19 ou 17 et 18 rendus passants. Le contrôleur 6 et/ou l'unité de commande à laquelle il est associé sont programmés de manière connue en soi pour déclencher un sous-programme de défense, en cas d'absence de transmission au delà d'un laps de temps considéré comme normal. La logique concernée du contrôleur 6 ou de l'unité de commande 1 déclenche alors la commutation d'un des deux jeux de transistors 16, 19 ou 17, 18 qui applique les potentiels d'alimentation +V et OV soit l'un au fil 3Y et l'autre au fil 3Z, soit inversement, via les résistances 15. Le contrôleur 6 tente alors de reprendre les transmissions. Si aucune inversion de polarité n'est constatée sur les fils de ligne au niveau de l'amplificateur différentiel 13 du contrôleur, ceci est pris en compte par la logique qui rend passant le jeu de transistors précédemment maintenu bloqué, après avoir bloqué celui qui était à l'état passant. Les polarités appliquées sur les fils 3Y, 3Z permettent la reprise des transmissions sauf en cas de défaut touchant le contrôleur lui-même, la liaison bifilaire elle-même ou les impédances d'adaption qu'elle comporte. Dans une forme de réalisation ou la liaison bifilaire 3 est dupliquée pour des raisons de sécurité les moyens auxiliaires de polarisation et le procédé de défense permettent essentiellement de tenter de remettre en fonctionnement une liaison bifilaire défaillante pour permettre, à la logique chargée de sa supervision, de trouver d'ou provient cette défaillance. A cet effet un cycle d'interrogation complet des différentes unités esclaves est alors entrepris par le contrôleur, si lui-même n'est pas défectueux, afin de repérer celle des unités qui est atteinte et qui en conséquence ne répond pas lorsqu'elle est interrogée. REVENDICATIONS : 1/ Bus différentiel reliant, par l'intermédiaire d'au moins une liaison bifilaire (3), des modules d'émission-réception (10, 11) respectifs d'un contrôleur maitre (6) et d'une pluralité d'unités esclaves d'entrée-sortie de données numériques (7), les dits modules d'émission-réception, disposés en parallèle le long de la liaison bifilaire, comportant chacun deux amplificateurs différentiels (12, 13) connectés; tête-bêche et par l'intermédiaire de résistances de limitation de courant (14), aux fils (3Y, 3Z) de la liaison bifilaire, l'un par ses deux entrées et l'autre par ses deux sorties complémentaires, caractérisé en ce que le contrôleur maitre comporte des moyens auxiliaires de polarisation (15, 16, 17, 18, 19) pour forcer les potentiels des fils de liaison bifilaire, en plus de l'amplificateur différentiel (12) concerné de ce contrôleur maitre, et pour permettre de reprendre des transmissions de données en cas de défaut électrique bloquant les inversions de polarité sur la liaison bifilaire au niveau d'une unité esclave. 2/ Bus différentiel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens auxiliaires de polarisation comportent quatre organes de commutation (16 à 19) commandés par une logique (8) du contrôleur maitre et connectés chacun par une résistance de limitation de courant (15) entre un fil de liaison bifilaire (3) et l'un ou l'autre des potentiels d'alimentation (+V ou OV) communs aux amplificateurs différentiels des modules d'émissionréception. 3/ Procédé de défense pour bus différentiel, selon au moins l'une des deux revendications précédentes, par l'intermédiaire duquel un contrôleur-maitre et des unités esclaves échangent des messages constitués de données numériques transmises en série et se traduisant par des inversions de polarité au niveau des fils de liaison binaire, caractérisé en ce que la non-détection d'inversion de polarité par le module d'émission-réception du contrôleur maitre sur une liaison bifilaire, au-delà d'un délai déterminé, entraîne une phase de reconfiguration au cours de laquelle la polarisation des fils de cette liaison bifilaire est forçée par l'intermédiaire des moyens auxiliaires de commande du contrôleur maître appliquant sélectivement à chaque fil, via une résistance de limitation de courant, l'un des potentiels d'alimentation communs aux amplificateurs opérationnels des modules d'émission-réception, pour tenter de permettre la reprise des transmissions, une inversion de cette polarisation forcée étant effectuée par les moyens auxiliaires de commande, si les polarités précédemment appliquées par ces derniers en début de phase de reconfiguration n'ont pas permis la reprise des transmissions.