Brevet FR2639778A1 — publié le 19900601

La présente invention concerne un dispositif et un procédé de transmission et de réception d'informations destinées à l'automatisation des réactions chimiques de laboratoire. On sait qu'en chimie les réactions mettent en oeuvre un certain nombre d'opérations successives telles que chargement de matières premières, agitation, coulée de réactifs, chauffage ou refroidissement, circulation de fluide, vidange, filtration, lavage, décantation, etc..., autant d'opérations qui, lorsqu'elles sont automatisées, font appel à l'utilisation d'organes de commande (ou actionneurs) tels que vannes pneumatiques, électro-vannes, moyens de chauffage ou de refroidissement, agitations électriques, pneumatiques ou magnétiques, pompes de circulation, doseurs, etc... et a l'utili- sation de moyens de contrôle permettant de suivre par des capteurs appropriés l'évolution des réactions par des mesures de température, de pH, de pressas, de hauteur de liquide, d'opacité etc..., ces mesures pouvant être le critère décisif pour déclencher en retour une opération particulière ou un moyen de régulation. Jusqu'à présent au laboratoire, lorsqu'on désirait automatiser les réactions, tous ces organes de commande et de contrôle étaient réliés un à un par des cables individuels, à un tableau de commande qui gérait l'ensemble des ordres donnés et des informations en provenance des capteurs. Dans le cas de réactions complexes ou d'une suite de réactions chimiques en cascade, il en résulte un amas considérable de cables présentant dans la pratique les inconvénients suivants - Au niveau du montage initial : Il en résulte une perte de temps considérable, la préparation d'une manipulation donnée pouvant demander plusieurs semaines. Ces montages nécessitent par ailleurs une très grande quantité de cables provoquant un gaspillage d'argent en même temps qu'ils représentent une source potentielle d'erreur et d'accident ainsi qu'un encombrement des lieux de manipulation. Enfin de tels montages posent quelquefois des problèmes de sécurité difficiles à résoudre lorsqu'on doit effectuer des réactions telles que nitrations ou hydrogénations nécessitant un espace antidéflagrant. - Au niveau des modifications ultérieures å apporter au montage Contrairement aux montages industriels généralement effectués une fois pour toutes pour une fabrication donnée, les montages de laboratoire se caractérisent par un besoin très grand de flexibilité en vue d'adapter les réactions aux nouvelles conditions expérimentales au fur et à mesure qu'évolue l'étude du procédé chimique. Le demontage et la modification d'un cablage est une opération longue et est une source d'erreur importante. I1 existe des systèmes associant émetteurs et récepteurs capables de faire transiter des informations sur deux fils jusqu'a des actionneurs et donc susceptibles å priori de résoudre les problèmes de cablages, mais ces systèmes présentent un certain nombre d'inconvénients les rendant inaptes a l'usage des laboratoires de chimie - Ils nécessitent un trop grand nombre de modules. Dans le cas d'un procédé chimique mettant en oeuvre un grand nombre d'actionneurs, le nombre d'émetteurs et de récepteurs å l'intérieur des hottes serait tel que l'espace gagné par la suppression des lignes de cablage serait perdu par l'encombrement encore plus important qui résulterait de la multiplication des modules. - Ils ne permettent pas aux capteurs présents sur les réacteurs de renvoyer les informations relatives å l'état du système à moins de doubler le nombre de modules et d'encombrer encore plus les hottes. - Ils emploient pour transmettre les informations entre émetteurs et récepteurs un système d'adressage basé sur l'existence de barrettes à plusieurs plots que l'on relie entre eux (selon généralement 128 possibilités) au moyen de diodes que l'on vient souder de façon permanente et qui, de ce fait, n'est modifiable que par un technicien spécialisé. Si théoriquement cette modification est possible, elle est, dans la pratique, irréalisable compte tenu du temps nécessaire et du manque de place dans les hottes qui rend l'accès 9 ces modules difficile et dangereux. - Enfin ces modules utilisent, pour l'adressage des informations, un système de comptage avec synchronisation. Si, pour une raison quelconque, un signal de synchronisation fait défaut ou au contraire si un signal parasite intervient dans le circuit, c'est tout l'ensemble des ordres donnés aux différents actionneurs qui se trouve décalé, avec toutes les conséquences catastrophiques qui peuvent en résulter lorsqu'il s'agit de réactions chimiques. Le but de la présente invention est donc de fournir un dispositif et un procédé permettant de s'affranchir des innombrables cablages nécessaires à l'automatisation des réactions chimiques notamment dans les laboratoires de recherche et dans les laboratoires ou s'effectuent les mises au point de procédés, tout en permettant dans un encombrement réduit un échange intéractif d'informations entre un dispositif de commande d'une part et des actionneurs et des capteurs d'autre part. Il a en effet été trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un dispositif de transmission et de réception d'informations pour l'automatisation de réactions chimiques, caractérisé en ce qu'il comprend - i) un émetteur-récepteur destiné d'une part à coder et à décoder les informations provenant d'un dispositif de commande ou à destination de celui-ci, d'autre part à transmettre ou recevoir ces informations en fonction d'adresses qui sont fournies par un générateur d'adresses qui lui est associé, - ii) une ligne à au moins deux conducteurs située sur le lieu d'utilisation, sur lequel les informations d'arrivée et de départ sont disponibles, - iii) une ou plusieurs unités satellites de volume réduit placées au voisinage du lieu d'utilisation et reliées d'une part à la ligne, d'autre part aux différents organes de commandes destinés à être actionnés ou aux différents organes de contrôle destinés à envoyer des signaux de mesure, l'émetteur-récepteur envoyant successivement dans la ligne - ou recevant de celle-ci - sous forme de signaux, des informations relatives aux ordres devant être exécutés par les différents appareils à actionner ou relatives aux informations reçues qui, après codage, sont interprétées par le dispositif de commande. - iv) un dispositif de codage permettant d'entrer des données d'adressage dans une mémoire permanente effaçable disposée dans les différentes unités satellites, chaque adresse étant affectée à un actionneur ou un capteur et correspondant à une des bornes d'entrée et de sortie de l'emetteur-recepteur allant vers le dispositif de commande ou en provenant. Le générateur d'adresses mentionné au paragraphe i) précédent élabore les codes des actionneurs ou des capteurs en service dans le procédé à automatiser et effectue l'exploration cyclique des lignes d'ordres en provenance du dispositif de commande. Le dispositif de commande peut être constitué de tout moyen connu de l'homme du-métier pour envoyer des ordres à des actionneurs; ce peut etre par exemple un programmateur mécanique, un automate ou un ordinateur. Lorsque le dispositif de commande est un ordinateur, le programme de celui-ci peut éventuellement et avantageusement intégrer les fonctions normalement dévolues å l'émetteur-récepteur et au générateur d'adresses. Le dispositif selon l'invention fonctionne de la manière suivante : Des ordres en nombre variable sous formes de niveaux ou de contacts sont envoyés a l'emetteur-récepteur qui effectue un multiplexage des ordres et qui transmet dans une ligne chaque ordre avec son code d'adresse. La transmission peut s'effectuer avantageusement de façon asynchrome a l'aide de dispositifs connus prévus à cet effet. L'émetteur-récepteur peut être situé en un lieu quelconque. Généralement, il est avantageux de le disposer au voisinage du dispositif de commande et de le tenir éloigné du lieu où s'effectuent les réactions chimiques. La ligne se présente d'une manière analogue à celle d'une installation électrique domestique : Un câble å au moins deux conducteurs de longueur variable provenant de l'émetteur récepteur est disposée selon un tracé géométrique variable et se termine par un connecteur. Sur le parcours de cette ligne (simple ou ramifiée) sont montés en dérivation un certain nombre de connecteurs, formant un réseau. La disposition de cette ligne et le nombre de connecteurs sont uniquement fonction des besoins existants. Dans la pratique, pour les laboratoires de chimie, il est généralement avantageux que lé réseau de connecteurs présente une répartition régulière et soit disposé dans un plan, le plus souvent au fond d'une hotte et à différentes hauteurs. Les unités satellites sont situées au voisinage des appareils qui doivent être actionnés, soit dans la hotte elle-même soit à l'extérieur de celle-ci lorsqu'on doit travailler dans des conditions de sécurité antidéflagrantes. Les unités satellites comportent un certain nombre de prises de puissance auxquelles sont reliées les différents appareils à actionner; elles sont elles-mêmes branchées sur une prise de puissance du secteur. Elles sont par ailleurs reliées à la ligne par laquelle elles reçoivent les ordres transitant par l'émetteur récepteur. Chaque unité de commande reconnaît l'ordre qui lui est associé et qui est envoyé par l'émetteur-récepteur.En retour, chaque unité satellite est capable de signaler à l'émet- teur-récepteur les états du système a automatiser en lui renvoyant les informations en provenance des différents capteurs présents sur les appareils sous forme d'un signal de niveau approprié qu'elle envoie dans la ligne au moment où elle reconnait une adresse. La liaison peut se réaliser sur deux fils dans le cas d'une communication unilatérale ou bilatérale alternée ou encore sur trois fils si l'on désire obtenir une communication bilatérale simultanée. La mise en mémoire des différentes adresses d'une unité satellite se fait par voie numérique en entrant des données d'adressage dans une mémoire permanente reprogrammable à volonté par envoi d'impulsions électriques au moyen d'un clavier. Le temps de transmission des informations de l'émetteurrécepteur vers les actionneurs ou vice-versa dépend de la vitesse de transmission des informations codées. Selon l'invention, il est possible de travailler à des vitesses variables se situant entre 50 et 19200 bauds. Afin de travailler à une vitesse optimale, un sélecteur permet d'afficher le nombre d'actionneurs effectivement en service; ainsi, si le nombre d'actionneurs est inférieur à 128, le cycle d'envoi des informations dans le réseau bouclera aussitôt après que le dernier actionneur aura reçu ses ordres ou que le dernier capteur aura transmis ses informations. Les unités satellites sont en outre susceptibles d'etre équipées pour recevoir des modules d'adaptation spécifiques aux capteurs utilisés. Ces modules d'adaptation servent à transformer l'information fournie par le capteur et correspondant a la valeur limite atteinte par le paramètre mesuré (mesure d'un niveau par exemple), en un état logique qui sera transmis sur le réseau de connecteurs. De la même façon, les modules d'adaptation peuvent transformer l'information analogique issue des capteurs en grandeur numérique selon tout procédé connu de l'homme du métier pour convertir un signal analogique en signal numérique; l'unité satellite transmet ensuite ce signal numérique sur la ligne sous forme de trains d'impulsions.Ces trains d'impulsion, qui peuvent être constitués d'un ou deux mots de 8 moments, chacun avec contrôle de parité, sont émis aussitôt que l'unité satellite reconnait l'adresse correspondant au capteur. Dans la pratique, et à titre d'exemple, le dispositif selon l'invention peut être réalisé de la manière suivante i - Ligne Sur le mur de fond d'une hotte de 5 mètres de long et 4 mètres de hauteur environ, on réalise un réseau comprenant 15 connecteurs (3 broches + blindage) réparties sur 3 niveaux et espacées l'une de l'autre de 75 centimères environ, de manière å avoir une répartition régulière des prises. Un tel réseau peut en pratique recevoir 5 à 8 unités satellites. 2 - Emetteur-récepteur L'émetteur-récepteur se présente sous forme d'un tiroir intégrable dans une baie d'instrumentation. A l'arrière de ce tiroir et reliés a un automate se trouvent deux borniers : l'un de 128 voies est destiné aux informations qui doivent etre envoyées après passage dans le dispositif de multiplexage et de codage vers le réseau de connecteurs, pour actionner les appareils, l'autre de 64 voies est destiné aux informations provenant des différents capteurs et renvoyées par les unités satellites dans la ligne. Le dispositif de multiplexage et de codage transforme les signaux reçus d'un automate en impulsions de 8 moments binaires (7 pour l'adressage + 1 pour l'ordre) + 1 moment binaire pour le contrôle de parité, et les envoie par un organe de transmission classique dans deux des fils de la ligne.Réciproquement, ce dispositif de multiplexage et de codage renvoie vers l'automate les signaux en provenance des actionneurs ou des capteurs associés aux adresses correspondantes. Dans le cas présent (système à 128 actionneurs), le temps de cycle est égal à environ 267 millisecondes avec une vitesse de trafic de 4800 bauds. 3 - Unités satellites Chaque unité satellite se présente sous la forme d'un coffret par exemple en polyester de dimensions approximatives 27 cm x 21 cm x 8 cm. Sur chacune des deux faces latérales du cof fret sont installées 4 prises de puissance avec terre protégées par 4 disjoncteurs thermiques. Sur l'une des faces du coffret sont installés 4 sorties de répétition d'ordres (contacts secs sur embase 2 broches); sur l'autre face sont installées 4 entrées capteurs sur embase 4 broches, ces dernières entres sont reliées à une carte-mere comportant un ou plusieurs modules embrochables-débrochables adaptés à des capteurs particuliers, afin de traiter l'information en provenance des capteurs et de la renvoyer dans la ligne.Sur la face avant, sont installés 8 témoins lumineux d'activation des actionneurs, ainsi que 8 espaces de marquage destinés au repérage visuel des adresses de chaque actionneur ou de chaque capteur. A la partie inférieure du coffret sont installés une embase pour le raccordement de l'unité satellite au secteur 220 volts, un connecteur de réseau à 3 conducteurs + blindage et une embase à 25 points pour un raccordement momentané d'une console de programmation telle que décrite ci-après. 4 - Dispositif de codage Les différentes adresses d'une unité satellite sont stockées dans une mémoire non volatile, électriquement effaçable et pouvant être reprogrammée pour chaque nouvelle utilisation par une console de programmation embrochable et amovible ayant l'aspect d'un petit coffret équipé d'un moyen d'affichage par exemple à cristaux liquides et d'un clavier et alimentée en énergie par l'unité satellite. La présente invention concerne également un procédé de transmission et de réception d'informations pour l'automatisation de réactions chimiques de laboratoire en provenance ou à destination d'un dispositif de commande, caractérisé en ce que lesdites informations transitent par un émetteur-récepteur associé à un générateur d'adresses et circulent sur une ligne a au moins deux fils qui se ramifie sur les lieux d'utilisation en un réseau de connecteurs, lesdites informations étant recueillies ou renvoyées à tour de rôle, grâce à un code d'adresse par des unités satellites situées au voisinage des lieux d'utilisation et raccordées au réseau de connecteurs, le rôle desdites unités satellites étant d'actionner les différents appareils et de centraliser sur elles-memes les différentes prises de puissance et les informations en provenance des différents capteurs du système à automatiser, le code d'adresse étant chargé dans des mémoires permanentes et effaçables disposées dans les unités satellites au moyen d'un dispositif de codage de telle manière que chaque adresse soit affectée à un actionneur ou un capteur et corresponde aux bornes d'entrée et de sortie de l'émetteur-récepteur allant vers le dispositif de commande ou en provenant. Comme on peut le constater par la description précédente, tous les ordres destinés aux appareils à actionner et les informations qui en proviennent peuvent circuler dans un seul cable électrique quel que soit le nombre des informations. Il en résulte non seulement un gain considérable sur le nombre et le volume de cables mais surtout une grande facilité de montage. Le montage consiste en effet a programmer le dispositif de commande avec le programme de travail, à introduire le code d'adresse relatif à chaque ordre, à connecter une ou plusieurs unités satellites sur la ligne et à brancher chaque actionneur ou chaque capteur sur l'unité satellite la plus proche, chaque appareil ayant sa longueur de cordon standard, c'est-à-dire i mètre à 1,50 mètre.Le dispositif selon l'invention évite de concentrer toute la puissance destinée aux actionneurs sur le dispositif de commande, puisque chaque unité satellite sur laquelle n'est branchée qu'une partie des actionneurs est elle-meme alimentée de façon indépendante par une prise de puissance qui lui est propre. Un autre avantage du procédé et du dispositif qui lui est associé est que dans la ligne les informations circulent sous forme d'un courant basse tension (généralement 6 ou 12 volts) sous une très faible intensité, ce qui supprime pratiquement tout danger lorsqu'on doit travailler dans des conditions antidéflagrantes, étant entendu évidemment que le reste du montage à automatiser soit lui-même antidéflagrant. Le dispositif présente en outre une très grande souplesse d'emploi puisqu'il permet n'importe quel changement dans le montage, même en cours de fonctionnement; en effet, si l'on débranche une unité satellite de la ligne (ou simplement un actionneur ou un capteur), soit le code d'adresse ne sera pas reconnu: dans ce cas l'ordre ne sera pas exécuté, soit l'adresse sera reconnue mais il ne lui sera associé aucune information : dans ce cas l'émetteur-récepteur passera a l'information suivante sans qu'il y ait de décalage dans les ordres et donc sans préJudice du train d'informations qui repasse à intervalle de temps régulier dans la ligne. Le procédé et le dispositif selon l'invention présentent encore l'avantage de pouvoir s'autocontrôler et de signaler, grâce au contrôle dé parité, toute anomalie dans le code d'adressage. Ainsi, si un code d'adresse est perturbé pour une raison quelconque, non seulement l'ordre qui lui est associé n'est pas exécuté mais le système permet de signaler par une alarme sonore ou lumineuse 1 'exis- tence et le lieu de l'anomalie, ce que ne permettent pas les systèmes modulaires qui existaient avant l'invention. Comme on peut s'en rendre compte, du fait de sa grande souplesse d'emploi, le procédé et le dispositif selon l'invention sont particulièrement bien adaptés à l'automatisation des laboratoires de chimie et plus particulièrement aux laboratoires destinés à la mise au point de procédés. Il peut s'adresser également aux installations de fabrication et d'une façon générale à toute installation ou système analogue destinés à être automatisés. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas a l'exemple précédemment décrit; elle est susceptible d'améliorations et de variantes d'exécution. C'est ainsi qu'on peut employer une ligne à 4 ou 5 conducteurs ou plus si le type d'instrument intervenant dans le procédé chimique à automatiser nécessite l'emploi de plusieurs conducteurs pour faire transiter les informations, comme c'est le cas lorsqu'on utilise des balances électroniques par exemple. La capacité et les performances du système pourraient être augmentées si nécessaire par la transmission de messages a 16 moments. De même la vitesse de transmission pourrait etre augmentée par l'emploi d'un modem à haute vitesse associé à un réseau de cables coaxiaux. On peut également envisager, sans sortir du cadre de l'invention, le cas ou la ligne telle que définie précédemment est un faisceau hertzien ou tout autre moyen radioélectrique connu permettant la transmission des informations. De même, le dispositif de codage des unités satellites qui est décrit précédemment fait appel à une console amovible embrochable. Il est entendu que tout système équivalent aboutissant au même résultat peut être employé, par exemple un système de téléadressage utilisant une console d'ordinateur et envoyant ses instructions de codage par la ligne par exemple ou par un réseau indépendant. D'une manière générale, tout système équivalent ou toute amélioration du dispositif précédemment décrit entre dans le cadre de la présente invention des lors que ce système ou cette amélioration reproduit les caractéristiques essentielles de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de transmission et de réception d'informations pour l'automatisation de réactions chimiques, caractérisé en ce qu'il comprend - i) un émetteur-récepteur destiné d'une part à coder et à décoder les informations provenant d'un dispositif de commande ou à destination de celui-ci, d'autre part à transmettre ou à recevoir ces informations en fonction d'adresses qui sont fournies par un générateur d'adresses qui lui est associé, - ii) une ligne à au moins deux conducteurs située sur le lieu d'utilisation sur lequel les informations d'arrivée et de départ sont disponibles, - iii) une ou plusieurs unités satellites situées au voisinage du lieu d'utilisation et reliées d'une part à la ligne, d'autre part aux différents organes de commande destinés à étre actionnés ou aux différents organes de contrôle destinés à envoyer des signaux de mesure, l'émetteur-récepteur envoyant successivement dans la ligne - ou recevant de celle-ci - sous forme de signaux, les informations relatives aux ordres devant être exécutés par les différents appareils à actionner ou relatives aux informations qui, après codage, sont interprétées par le dispositif de commande, - iv) un dispositif de codage permettant d'entrer des données d'adressage dans une mémoire effaçable disposée dans les différentes unités satellites, chaque adresse étant affectée a un actionneur ou à un capteur et correspondant à une des bornes d'entrée et de sortie de l'émetteur-récepteur allant vers le dispositif de commande ou en provenant. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les unités satellites peuvent recevoir des informations en provenance de capteurs logiques ou anologiques grâce à l'emploi d'un ou plusieurs modules d'adaptation adaptés au type de capteur utilisé. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un sélecteur d'adresse est associé à 'émetteur-récepteur permettant d'afficher le nombre d'actionneurs effectivement en service. 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de codage mentionné au point iv) de la revendication i est une console amovible embrochable sur les unités satellites et est munie d'un clavier et d'un moyen d'affichage. 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne comprend deux conducteurs dans le cas où l'on désire que la communication des informations se fasse de façon unilatérale ou bilatérale alternée. 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne comprend trois conducteurs dans le cas où l'on désire que la communication des informations se fasse de façon bilatérale simultanée. 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne est un faisceau hertzien. 8 - Dispositif selon la revendication i, caractérisé en ce que, lorsque le dispositif de commande est un ordinateur, le programme de celui-ci intègre les fonctions normalement dévolues à l'émetteur-ré- cepteur et au générateur d'adresses. 9 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transmission des informations s'effectue de façon asynchrome. 10 - Procédé de transmission et de réception d'informations pour l'automatisation de réactions chimiques caractérisé en ce que lesdites informations transitent par un émetteur-récepteur associé à un générateur d'adresses, et circulent sur une ligne, lesdites informations étant recueillies ou renvoyées à tour de rôle grace à un code d'adresse programmable, par des unités satellites situées au voisinage des lieux de commande et raccordées à la ligne, le rôle desdites unités satellites étant d'actionner les différents appareils et de centraliser en un point proche du lieu d'utilisation les différentes prises de puissance et les informations en provenance des différents capteurs du système à automatiser, le code d'adresse étant chargé dans des mémoires permanentes effaçables disposées dans les unités de commande déportées au moyen d'un dispositif de codage de telle manière que chaque adresse soit affectée à un actionneur ou à un capteur et corresponde aux bornes d'entrée et de sortie de l'émetteur-récepteur allant vers le dispositif de commande ou en provenant.