Brevet FR2639502A1 — publié le 19900525

La présente invention concerne un appareil modulaire de régula- tion de grandeurs physiques et, en particulier, de régulation de chauffage. D'une manière générale, un appareil de régulation de grandeurs physiques reçoit différentes informations de capteurs et d'organes de commande appropriés, traite ces informations en fonction d'un proces- sus de traitement qui a été défini par l'utilisateur ou par le constructeur pour l'utilisateur, et délivre des signaux d'ordre à des transducteurs de manière à obtenir les valeurs désirées pour les grandeurs physiques. Dans un système de régulation de chauffage, les grandeurs physiques sont des intervalles de temps pendant lesquels un ou plusieurs générateurs de chauffage sont en fonctionnement; les capteurs sont des sondes de températures extérieures et intérieures, et des appareils de mesure d'intensités électriques; les organes de commande sont des interrupteurs manuels et des boutons de réglage de valeurs de consigne; les transducteurs sont des jeux de relais établissant un courant électrique ou l'interrompant, et le processus de traitement comporte un logiciel qui, en fonction de données horaires et journalières, d'une part, de données de priorité, d'autre part, transforme les informations d'entrée en signaux d'ordre. Dans la pratique, les constructeurs d'appareils de régulation doivent faire face à des cahiers des charges très diversifiées. Par exemple, en régulation de chauffage, le nombre de pièces à chauffer peut varier beaucoup d'une installation à une autre, la destination de l'installation va du domaine proprement domestique au domaine de la collectivité, etc. Il en résulte que les constructeurs cherchent à fabriquer des appareils modulaires, chaque type de module ayant une fonction particulière et, dans un appareil, le nombre de modules d'un type pouvant être variable. A titre indicatif, il existe une norme nationale et une norme européenne qui concernent la forme et le pas des modules utilisables dans les appareils de régulation de chauffage et, dans la suite, même si l'on suppose que l'invention s'applique particulièrement à de tels modules, on comprendra qu'elle s'applique quelle que soit la forme des modules. On rappelle que, suivant ces normes nationale et européenne, les modules se mettent en place sur un rail, les uns à côté des autres. Chaque module est relié à un ou plusieurs des modules de l'appareil par ce que l'on appelera un "câblage local". En dehors du 263950Z module horloge délivrant les informations horaires et journalières et, éventuellement d'un module d'affichage, chaque module est relié soit à un capteur, soit à un appareil de mesure, soit à un relais, soit à plusieurs de ceux-ci, par ce que l'on appelera un "câblage externe". L'invention ne concerne pas le câblage externe, mais unique- ment la simplification du câblage interne. La réalisation classique du câblage interne consistant à établir des liaisons par des fils individuels présentent un certain nombre d'inconvénients. Elle néces- site l'utilisation de nombreux points de contact établi par serrage manuel. Il en résulte des pertes ohmiques variables. Les liaisons, plus elles sont nombreuses, sont plus difficiles à établir et rendent les erreurs de branchement plus fréquentes. Chaque extension ou évolution de l'appareil modulaire de régulation entraînent des décon- nexions et des connexions importantes, réduisant l'efficacité de la modularité de l'appareil. Dans le brevet français FR-A-2 608 847, on a proposé un connec- teur de liaison prévu pour surmonter les inconvénients mentionnés ci-dessus. Toutefois, ce connecteur de liaison est relativement com- pliqué et ne permet pas d'utiliser les connecteurs de cartes impri- mées qui sont disponibles dans le commerce. Dans le document DE-A-2 205 086, il est décrit un ensemble de commande formé de modules montés sur un rail avec des liaisons transversales formées de connecteurs femelles latéraux et de connec- teurs mâles disposés entre lesdits connecteurs femelles. Cette assem- blage nécessite le montage des modules dans un ordre précis avant l'accrochage sur le rail. Un objet de l'invention consiste à prévoir un appareil modulai- re de régulation dans lequel le câblage interne est extrêmement simplifié, tout en utilisant des composants du commerce et permettant des évolutions ou des extensions de l'appareil d'une extrême simplici- té, en n'ayant qu'à réaliser que le câblage externe et sans avoir à tenir compte de l'ordre des modules dans l'appareil. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un appareil formé de plusieurs modules prévus pour être montés les uns à côté des autres sur un rail, avec, entre tous les modules voisins, un dispositif de raccordement, lesquels sont constitués par des connec- teurs mâles double face prévus pour être enfiches dans des connec- teurs femelles portés latéralement par chaque module de chaque côté du module, les douilles femelles des deux connecteurs femelles d'un module étant réunies deux à deux par des conducteurs imprimés sur une carte de circuit imprimé. Suivant une autre caractéristique, les conducteurs de la carte imprimée sont sélectivement connectables à des mailles internes du module par l'intermédiaire d'un ensemble de contacts repos/travail, également porté par ladite carte imprimée. Suivant une autre caractéristique, ladite carte imprimée est une carte à deux faces, sur la première face étant imprimés lesdits conducteurs et, sur la seconde face étant imprimés les fils du circuit fonctionnel du module et portant des composants électroniques dudit circuit, la première face portant encore lesdits connecteurs femelles et ledit ensemble de contacts et éventuellement d'autres composants électroniques ou des organes de commande et de réglage dudit circuit. Suivant une autre caractéristique, le module comprend une secon- de carte portant les organes de puissance de relation avec l'exté- rieur et reliée par des fils à la première plaque. Suivant une autre caractéristique, chaque module se compose d'un boîtier présentant une ouverture supérieure et une ouverture inférieure fermée par une contre-plaque ou équivalent, deux parois latérales opposées du boîtier étant planes et les deux autres parois latérales étant symétriques et présentant chacune, de haut en bas, deux épaulements, sous le premier épaulement venant se loger une carte de circuit imprimé double face, et la partie verticale se trouvant entre les deux épaulements étant prolongée vers le bas pour former une cloison dont le bord inférieur est au-dessus de la base du boîtier, la face supérieure de la carte imprimée portant des organes de commande et de réglage accessibles par l'ouverture supérieure, la seconde carte imprimée étant logée au-dessus de la contre-plaque. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ain- si que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la des- cription suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue éclatée schématique d'un appareil modulai- re suivant l'invention, la Fig. 2 est un schéma électrique d'un appareil suivant l'invention, la Fig. 3 est une vue en coupe verticale d'un module d'un appareil suivant l'invention, et la Fig. 4 est une vue en élévation du module de la Fig. 3. A la Fig. 1, on a montré un appareil formé de plusieurs modules MI, M2,... , Mn, qui sont prévus pour être montés les uns à côté des autres sur un rail, avec, entre tous les modules voisins, un disposi- tif de raccordement CX. Dans la vue éclatée de la Fig. 1, les modules sont montrés alignés, mais déconnectés des dispositifs CX. Tous les coffrets des modules Mi ont une section verticale et une structure générale interne identiques, seules leurs largeurs peuvent varier par pas normalisé. Chaque module remplit une fonction de base spécifique, mais il y a généralement plusieurs modules qui remplissent individuel- lement la même fonction de base. A titre d'exemple, on va décrire la structure interne du module MI. Le module Ml comprend une carte de circuits imprimés P, sur 1 20 laquelle sont imprimés des conducteurs parallèles F à F20. A la carte P, sont associés deux connecteurs femelles Cd et Cg à vingt douilles chacun, qui sont respectivement reliées électriquement aux 1 20 extrémités des conducteurs imprimés F à F. Le connecteur Cd est accessible par la face latérale droite du module et le connecteur Cg par sa face latérale gauche. Le module M1 comporte encore un circuit de traitement de signaux Q1 qui est relié par un faisceau de mailles MA à certains des conducteurs F à F20 et par des câbles Tl à un circuit d'interface Ri qui est lui-même relié à un ou plusieurs capteurs et/ou transducteurs externes, c'est-à-dire qui sont situés en dehors l'appareil pro- prement dit. En pratique, le circuit Q1 est réalisé sur une carte de circuits imprimés classique qui peut être montée sous la forme d'une carte fille sur la carte mère P. Dans un autre exemple de réalisa- tion, la carte P et la carte Q1 sont réalisées sous la forme d'une seule carte à circuits imprimés sur les deux faces, une face portant les conducteurs F à F, plus les organes de réglage de consigne et d'autres circuits intégrés logiques, et l'autre face portant les conducteurs du circuit Ql et les départs des câbles vers le circuit R1. Le circuit R1 est également réalisé sous la forme d'une carte qui comporte des bornes plates de connexion vers les organes externes et porte éventuellement des composants électriques, tels que des relais ou des transformateurs ou autres composants. Le boîtier du module présentent des encoches pour le passage des fils de laiison vers les organes externes et des alvéoles dans lesquels des vis sont logés et permettent de raccorder les fils de liaison aux bornes du circuit Ri. Dans la suite, l'appelation "borne" sera toujours utili- sée pour désigner les points de liaison avec l'extérieur, qu'elles soient des bornes d'entrée ou de sortie. Si la carte P est fonctionnellement identique dans tous les modules, les circuits Qi et Ri sont spécifiques à chaque module suivant sa fonction de base. En ce qui concerne les mailles MA, elles comportent chacune un contact, en série, qui peut être ouvert ou fermé, comme on le verra dans la suite. Les dispositifs de raccordement CX sont chacun formés de deux connecteurs males Fd et Fg à vingt broches, physiquement montés dos à dos, les broches étant respectivement reliées deux à deux. Une fois les dispositifs de connexion CX branchés dans les connecteurs femelles Cg et Cd des modules voisins, l'ensemble des conducteurs F à F20 forme un véritable bus à vingt fils parallèles, comme on l'a représenté à la Fig. 2. Dans ce bus, les différents fils F à F20 portent respectivement les signaux analogiques ou numériques suivants, étant entendu que ces signaux analogiques sont de faibles niveaux et que les signaux numériques sont surtout des signaux logiques: F combinateur n l num. F 2 combinateur n 2 num. F 3 libre d F potentiel de masse (0 V) anal. sonde extérieure nl anal. F 6 sonde extérieure n'2 anal. F 6sonde intérieure nl anal. F 8 sonde inextérieure n 2 anal. 7F sonde intérieure n3 anal. F sonde intérieure n 04 anal. F sonde13intensitérieure nl 2 anal. F sonde intérieure n03 anal. F 1 sonde intérieure n d anal. F l facteur de charge n l anal. F1 facteur de charge n02 anal. F13 intensité n 2 anal. F15 intensité n 3 anal. F 1 intensité n 3 anal. 6 2639502 F16 programme de délestage n l num. F programme de délestage n 2 num. F18 programme de délestage n 3 num. F19 relais n l num. F20 relais n 2 num. A la Fig. 1, on a encore montré dans chaque module, séparé de la carte P, deux conducteurs individuels H et H terminés, à chaque bout, par deux douilles femelles, et on a représenté, en face ces 1C douilles, deux support I et I2 de broches mâles doubles. Les 1 2 1 2 conducteurs H et H, et les supports I et I servent à distribuer une alimentation électrique régulée, c'est-à-dire, comme on l'a mon- 1 2 tré à la Fig. 2, en H, une phase du secteur (220 V alt.) et, en H, le neutre du secteur. A la Fig. 2, on a omis les circuits de raccordement CX et les- supports I et 12, et on a représenté, ininterrompus, les fils F à 2D 1 2 F et H à H. Dans les modules schématiquement représentés M1 à M7, on n'a représenté que les circuits de traitement correspondants Ql à Q7 ainsi que leurs mailles MA les reliant au bus. Sur les mailles, on 2 a également représenté les contacts des interrupteurs 18, Fig. 3. Pour chaque circuit de traitement, on a également représenté avec quels organes externes, il est en relation, mais sans montrer le circuit Ri correspondant. Plus précisément, le module M1 est un module de régulation externe dont les bornes sont reliées à une sonde de température extérieure THexti. Pour des raisons d'ordre pratique, on a également choisi ce module comme moyen de connexion au secteur. Le circuit de traitement Ql est muni d'un organe de réglage de consigne CONS1, d'un organe de réglage d'écart et d'un organe de réglage de base de temps. Le circuit de traitement Ql reçoit la valeur de la température extérieure là o se trouve la sonde THextl et traite cette valeur pour déterminer un premier facteur de charge ou facteur de charge n l, suivant la formule connue suivante: facteur de charge n l = (consigne - température ext. n l) /écart Il comprend aussi une base de temps qui distribue des impulsions réglables entre deux limites, ces impulsions étant utilisées dans les modules thermostats. Les mailles du circuit Q1 comprennent trois fils de sortie vers respectivement les conducteurs H1 à H pour distribuer une alimenta- tion régulée aux autres modules, un fil vers le conducteur F1l pour faire connaître le facteur de charge n l aux autres modules qui ont à l'utiliser, et un fil vers le conducteur F1 pour transmettre un signal logique à un module combinateur. A noter'que tous les autres modules sont raccordés et alimentés par les conducteurs H1 à H et qu'on ne mentionnera plus les liaisons correspondantes. Dans le cas o dans l'installation à réguler on utilise une seconde sonde de température extérieure, l'appareil comprendra un autre module identique au module MI, mais non directement alimenté par le secteur et avec un fil de maille relié au conducteur F12 au lieu du conducteur F1, afin de faire connaître un facteur de charge n 2. Le bloc d'interrupteurs 18, Fig. 3, permet facilement d'établir cette configuration. Le module M2 est, à titre d'exemple, un module thermostat dont les bornes sont reliées à une sonde de température intérieure THintl et à un relais CX1 qui commande l'alimentation d'un ou de plusieurs convecteurs électriques de chauffage, par exemple. Le circuit de traitement Q2 du module M2 est muni d'un organe de réglage de consigne CONS2. Ses mailles sont reliées aux conducteurs F1l pour recevoir la valeur du facteur de charge n l, F1 pour recevoir la base de temps, F16 pour recevoir les ordres de délestage et F pour délivrer la valeur de la température intérieure mesurée par THintl. En pratique, le circuit Q2 commande le relais CX1 en fonction des données analogiques ou numériques qu'il reçoit du bus par ses mailles MA et en fonction de la température mesurée par THintl. En particulier, le signal de délestage reçu peut inhiber la commande de fonctionnement du relais CX1. Les modules M3 à M5 ont une structure identique à celle du module M2, sauf que leurs circuits Q3 à Q5 sont respectivement reliés a 10 7 aux conducteurs F à FO, au lieu du conducteur F* Le module M6 est, à titre d'exemple, un module de programmation sans utilisation de bornes vers l'extérieur. Son circuit Q6 comprend une horloge hebdomadaire programmable permettant, par exemple, des réglages par secteur de deux heures, et porte des organes, tels que des interrupteurs de marche forcée ou d'arrêt. Il comporte deux mailles respectivement reliées aux conducteurs F16 et F17 pour distri- buer les données de programmes n l et n 2. Le module M7 est un module de délestage dont les bornes sont reliées à un transformateur d'intensité TRi7. Le circuit de traite- ment Q7 utilise la valeur de l'intensité délivrée par le transforma- teur TRi7 pour commander des délestages en fonction d'un programme de délestage préétabli. Il comporte un organe de réglage de consigne d'intensité et un organe de réglage de base de temps. Ses mailles 16 17 comprennent trois fils vers respectivement les conducteurs F16, F et F18 qui transmettent les ordres de délestage aux modules thermo- 13 15 stats M2 à M5, trois fils vers les conducteurs F à F, mais seul le contact vers le conducteur F13 est fermé, et deux fils vers les il 12 conducteurs F et F. On peut avoir d'autres types de modules, par exemple un module d'affichage qui est capable d'afficher toutes les valeurs analogiques présentes sur le bus, ou encore un module de simulation qui est lui capable d'appliquer sélectivement des valeurs sur certains conduc- teurs du bus afin de tester l'appareil et les configurations des modules avant sa mise en service ou en cours de dépannage. Comme on l'a encore mentionné, on peut avoir un ou plusieurs modules combina- 2C teurs qui en fonction du mot parallèle à deux bits transmis par les fils F et F actionne sélectivement un relais parmi quatre, par exemple. Un module Mi, montré en coupe à la Fig. 3, comporte un boitier 1 présentant une ouverture supérieure 2 et une ouverture inférieure 3 qui est, en fonctionnement, fermée par une contre-plaque 4. Les parois latérales, qui sont perpendiculaires au plan du dessin, sont symétriques et présentent chacune, de haut en bas, deux épaulement 5 et 6. Sous les épaulements 5 vient se loger une carte de circuit imprimée double face 7. La partie verticale qui se trouve entre les épaulements 5 et 6, est également prolongée vers le bas pour former un cloison 8 dont le bord inférieur 9 est au-dessus de la base 10 du boitier 1. Contre les bords 9 est appliquée une seconde carte 11 de circuits imprimés, laquelle est maintenue en place par la contre-pla- que 4. Les épaulements 6 sont percés de trous verticaux 12 par les- quels on peut actionner des têtes de vis 13. Le bout de chaque vis 13 est vissé dans un côté d'un étrier 14. Le côté supérieur de l'étrier 14, dans lequel la vis 13 est vissée, se trouve au-dessus de la carte 9 2639502 11 tandis que l'autre côté de 14 se trouve entre la carte 1I et la contreplaque 4. Au-dessous de l'épaulement 6, la paroi externe du bottier présente des encoches 15 qui permettent chacune de loger l'extrémité 16 d'un conducteur de câble externe entre le côté infé- rieur de l'étrier 14 et une surface métallisée correspondante de la face inférieure de la carte Il pour réaliser une connexion vers un organe externe, capteur ou relais. Pour réaliser la connexion, il suffit de visser la vis 13 qui soulève l'étrier 14 pour venir coincer l'extrémité conductrice 16 contre la carte 11. La carte 7 comporte sur sa face supérieure les conducteur F1 à F, les connecteurs femelles Cd et Cg, celui-ci n'étant pas visible sur la coupe), plus un certain nombre de potentiomètres 17 qui peuvent être actionnés par l'ouverture 2, et un groupe d'interrup- teurs miniaturisés 18. Il en résulte que le tracé réel des conduc- teurs F à F2 peut ne pas être rectiligne comme l'indiquent les Figs. 1 et 2. La face inférieure de la carte 7 porte le circuit imprimé Qi ainsi que les composants, condensateurs, résistances, de ce dernier. Les interrupteurs 18 permettent d'ouvrir ou de fermer des mailles MA du circuit Qi. Sur la face supérieure de la carte 11, qui constitue le circuit Ri, Fig. 1, sont également montés des composants électriques, tels qu'un transformateur 19 et un relais 20. A la Fig. 3, on n'a pas montré les liaisons Ti entre la carte 7 et la carte 11, celles-ci étant réalisées par des fils isolés individuels. La vue en élévation de la Fig. 4 montre une face latérale du bottier, qui est parallèle au plan du dessin, qui comporte une ouverture 21 par laquelle on apperçoit les entrées femelles du connecteur Cg. 2639502 REVENDICATIONS 1) Appareil modulaire de régulation de grandeurs physiques et, en particulier, de régulation de chauffage, formé de plusieurs modu- les (Ml à Mn) prévus pour être montés les uns à côté des autres sur un rail, avec, entre tous les modules voisins, un dispositif de raccordement (CX), caractérisé en ce que les dispositifs de raccor- dements sont constitués par des connecteurs mâles double face (Fd, Fg) prévus pour être enfiches dans des connecteurs femelles (Cd, Cg) portés latéralement par chaque module (Mi) de chaque côté du module, les douilles femelles des deux connecteurs femelles (Cd, Cg) d'un module étant réunies deux à deux par des conducteurs (F1 à F20 imprimés sur une carte de circuit imprimé (P). 2) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les conducteurs (F à F 20) de la carte imprimée (P) sont sélective- ment connectables à des mailles internes (MA) du module par l'intermé- diaire d'un ensemble de contacts repos/travail (18), également porté par ladite carte imprimée (P). 3) Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite carte imprimée (P) est une carte (7) à deux faces, sur la première face étant imprimés lesdits conducteurs et, sur la seconde face étant imprimés les fils du circuit fonctionnel (Qi) du module et portant des composants électroniques dudit circuit, la première face portant encore lesdits connecteurs femelles et ledit ensemble de contacts et éventuellement d'autres composants électroniques ou des organes de commande et de réglage dudit circuit. 4) Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que chaque module (Mi) comprend une seconde carte (Ri) portant les organes de puissance de relation avec l'extérieur et reliée par des fils (Ti) à la première plaque. ) Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que chaque module (Mi) se compose d'un boitier (1) présentant une ouver- ture supérieure (2) et une ouverture inférieure (3) fermée par une contreplaque (4) ou équivalent, deux parois latérales opposées du boîtier étant planes et les deux autres parois latérales étant symétriques et présentant chacune, de haut en bas, deux épaulements (5, 6), sous le premier épaulement (5) venant se loger une carte de circuit imprimé double face (7), et la partie verticale se trouvant entre les deux épaulements (5, 6) étant prolongée vers le bas pour former une cloison (8) dont le bord inférieur (9) est au-dessus de la base (0l; du boîtier (1), la face supérieure de la carte imprimée (7 portant des organes de commande et de réglage accessibles par louver- ture supérieure, la seconde carte imprimée (11i) étant logée au-dessus de la contre-plaque (4).