Brevet FR2650451A1 — publié le 19910201

CIRCUIT D'ENTREE, DU TYPE TOUT OU RIEN, D'UN DISPOSITIF D'AUTOMATISME. L'invention concerne un circuit d'entrée d'un dispositif d'automatisme, destiné à être connecté à un capteur, de type tout ou rien, comportant un élément de commutation pouvant prendre des positions d'ouverture et-de fermeture et disposé entre une borne d'alimentation et une borne de sortie, ledit circuit d'entrée comportant des première et seconde bornes d'alimentation entre lesquelles est appliquée une tension d'alimentation, la première borne 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 un circuit de traitement connecté à la borne d'entrée et fournissant en sortie des signaux représentatifs de la position de l'élément de-commutation du capteur. Dans les dispositifs d'automatisme, par exemple dans les automates programmables, le système d'entrée/sortie assure l'interface entre l'unité de traitement et des dispositifs d'entrée, capteurs ou détecteurs, d'une part et les actionneurs du processus d'autre part. Un circuit d'entrée du type tout ou rien compare le signal d'entrée à un seuil de reconnaisance de manière à déterminer l'état d'un dispositif d'entrée auquel il est connecté,--des entrées du même type se différenciant les unes des autres par la nature (continu ou alternatif) et la valeur des tensions d'alimentatiqn des capteurs. On a, par ailleurs, déjà proposé (FR-A-2.565.378) certaines configurations de circuits d'entrée/sortie permettant la détection d'un certain nombre de défauts dûs au système d'entrée/sortie. Ces systèmes sont complexes et permettent essentiellement la détection de défauts liés à un circuit de sortie. L'invention a pour but un circuit d'entrée tout ou rien permettant de s'affranchir totalement des variations de la tension d'alimentation, celle-ci pouvant varier à titre d'exemple de 20 à 60V. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le circuit d'entrée comporte un générateur de courant connecté entre la seconde borne d'alimentation, elle-même connectée a la masse, et la borne d'entrée, une première impédance connectée entre la borne d'entrée et la première borne d'alimentation, un circuit d'alimentation connecté entre les bornes d'alimentation du circuit d'entrée et dont la sortie est reliée à un conducteur porté à une tension telle que la tension appliquée entre ledit conducteur et la première borne d'alimentation ait une valeur constante prédéterminée de manière à ce que ledit conducteur constitue une masse flottante, les bornes d'alimentation du circuit de traitement étant'connectées entre le conducteur et la première borne et les signaux d'entrée du circuit de traitement étant les signaux appliqués entre la borne d'entrée et le conducteur. Grâce à l'utilisation d'un générateur de courant la tension appliquée aux bornes du capteur est alors représentative de la position de l'élément de commutation. Une impédance disposée en série avec le générateur de courant, donc en parallèle aux bornes du capteur, permet de limiter à une valeur prédéterminée cette tension. Dans un grand nombre d'applications la borne d'alimentation du capteur doit être reliée au pôle positif de l'alimentation. Le générateur de courant est alors connecté entre la masse et la borne de sortie du capteur et la tension appliquée sur cette borne de sortie varie par rapport à la masse en fonction de la tension d'alimentation. On pourrait mesurer la tension disponible aux bornes du capteur à l'aide d'un circuit de traitement de type différentiel, par exemple un amplificateur opérationnel, alimenté par la tension d'alimentation du circuit d'entrée et fournissant en sortie une tension, par rapport à la masse, représentative de la tension différentielle appliquée sur ses entrées. Un tel circuit de traitement devant pouvoir être alimenté par une tension d'alimentation variant dans des limites importantes, par exemple dans un rapport de 1 à 3, est coûteux et une telle solution n'est pas acceptable. La création d'une masse flottante selon l'invention permet de s'affranchir totalement des variations, même importantes, de la tension d'alimentation. Le circuit de traitement, ou, le circuit de traitement comportant un convertisseur analogique-numérique, un circuit de traitement additionnel qui lui est connecté par 1' intermédiaire- d'une isolation galvanique, comporte des moyens de comparaison des signaux d'entrée à au moins un seuil de manière à détecter l'état (ouvert ou fermé) du capteur. Pour permettre la détection non seulement de l'état du capteur, mais également de défauts liés au système d'entrée, le circuit d'entrée est, dans un mode préféré de réalisation, destiné à être connecté à un capteur comportant une impédance en parallèle sur l'élément de commutation et les moyens de comparaison du circuit de traitement ou du circuit de traitement additionnel comportent des moyens de comparaison des signaux d'entrée à au moins un second seuil, inférieur au premier, de manière à fournir en sortie des signaux représentatifs d'un défaut de fil coupé, ladite impédance pouvant être constituée par une résistance ou par une diode Zener. Pour permettre également la détection d'un court-circuit aux bornes du capteur, celui-ci comporte de préférence une diode ou une résistance en série avec l'élément de commutation,les moyens de comparaison du circuit de traitement ou du circuit de traitement.additionnel comportant des moyens de comparaison des signaux d'entrée à un troisième seuil, supérieur au premier. 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 mode de réalisation d un circuit d'entrée selon l'invention. La figure 2 représente un mode de réalisation particulier du circuit d'alimentation du circuit d'entrée selon la figure 1. La figure 3 représente un mode de réalisation particulier du générateur de courant du circuit d'entrée selon la figure 1. Les figures 4 et 5 représentent des variantes de réalisation du capteur pouvant être connecté au circuit d'entrée selon la figure 1. 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 borne16 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 d'alimentation peut être une tension continue pouvant varier entre 20 et 60V. Le circuit d ' entrée 10 comporte une borne d'entrée 22 connectée à la borne 16 de sortie du signal du capteur. Le circuit d'entrée 10 comporte un générateur 24 de courant constant connecté entre sa borne d'entrée 22 et la masse. Un circuit de traitement, relié à la borne d'entrée -22, fournit des signaux représentatifs de l'état du capteur à-la sortie 26 du circuit d'entrée, destinée à être connectée à l'unité de traitement d'un dispositif d'automatisation. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le circuit de traitement compare les signauxd'entrée appliqués sur la borne 22 à au moins un seuil et comporte un convertisseur analogique-numérique 28 dont la sortie est reliée à l'entrée d'un microprocesseur 30. Selon l'invention, la sortie d'un circuit d'alimentation 32, connecté entre les bornes d'alimentation 18 et 20 du circuit d'entrée, est reliée à un conducteur 34 de manière à porter celui-ci à un potentiel variable par rapport à la masse mais ayant une différence constante prédéterminée, par exemple 5V, par rapport à la tension d'alimentation Va. Ce potentiel sert de masse flottante aux composants du circuit de traitement qui sont connectés entre la tension d'alimentation Va et le conducteur 34. La tension d'alimentation du circuit de traitement est donc constante, égale à une valeur prédéterminée ( 5V sur la figure1) et la tension Ve d'entrée du circuit de traitement est la tension appliquée entre la borne d'entrée 22 et le conducteur 34 de masse flottante. Une résistance R1, connectée entre les bornes 18 et 22, sert d'impédance de charge au générateur de courant 24 lorsque le capteur 12 n'est pas connecté à l'entrée 22, par exemple dans le cas d'un défaut de fil coupé. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, la résistance R1 est choisie de manière à ce que la tension maximale à ses bornes, qui est la tension obtenue dans le cas d'un défaut de fil coupé, soit limitée à 5V Dans ce cas, la tension d'entrée du circuit de traitement est nulle. La résistance R1 peut être remplacée par une diode Zener. De manière classique un filtre (R2,C1) connecte l'entrée 22 du circuit d'entrée et l'entrée du convertisseur 28. Sur la figure 1, le capteur 12 comporte un élément de commutation 36, disposé entre les bornes 14 et 16, et pouvant être ouvert ou fermé. Les circuits d'entrée classiques détectent l'état d'un capteur tout ou rien en comparant la tension à ses bornes, qui passe de 0 en position de fermeture à la tension d'alimentation en position d'ouverture, à un seuil qui est généralement égal à 70 % de la tension d'alimentation. Le circuit d'entrée selon la figure 1 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 R3 en parallèle sur l'élément de commutation. Ainsi, en position d'ouverture le courant I fourni par le générateur de courant 24 se partage entre les résistances R1 et R3 et la tension aux bornes de 1 'impédance Ri est inférieure à la tension maximale (par exemple 5V) qui lui est appliquée lorsque l'un des fils ce liaison est coupé, soit en amont de la borne 14, soit entre les bornes 16 et 22. Dans certains types de capteurs, il n'est pas nécessaire d'ajouter une résistance R3 en parallèle sur l'élément de commutation, celui-ci comportant une résistance de fuite suffisante pour jouer le rôle de la -résistance R3. Dans un mode de réalisation préféré (fig. 1) une résistance R4 est introduite dans le capteur en série avec l'élément de commutation de manière à permettre également la détection d'un court-cicuit entre la ligne d'alimentation connectée a' la borne 14 et le fil de liaison entre les bornes 16 et 22. En effet, en cas de court-circuit, la tension aux bornes de l'impédance R1 (tension aux bornes du capteur) est nulle alors qu'en position de, fermeture du capteur la résistance R4, connectée en parallèle sur la résistance Ri, provoque une chute de tension aux bornes du capteur. En résumé, dans le mode de réalisation de la figue 1, si l'on suppose que l'élément de commutation est un élément idéal, ayant une résistance nulle en position de fermeture et une-résistance infinie en position d'ouverture, la résistance de charge R du générateur de courant 24 prend les quatre valeurs suivantes, auxquelles correspondent quatre valeurs de la tension Vc aux bornes de l'impédance R1 et quatre valeurs de la tension Ve d'entrée du circuit d'entrée 10 - En cas de fil coupé : R = R1 ; Vc = 5V ; Ve = OV - En position d'ouverture du capteur-: R = R1//(R3+R4) - En position de fermeture du capteur : R = R1//R4 - En cas de court-circuit :R = O ; Vc = OV ; Ve = 5V Grâce à un choix approprié des valeur's des résistances, les tensions Ve d'entrée en position d'ouverture et de fermeture du capteur sont fixées de manière à ce que.la comparaison de la tension d'entrée Ve à 3 seuils permette de distinguer ces quatre états. Lorsque Ve est inférieur à un premier seuil S1, le signal de sortie du circuit d'entrée 10 est représentatif d'un signai de fil coupé. Lorsqu'il est compris entre Si et un second seuil S2, supérieur au premier, le signal de sortie est représentatif de la position d'ouverture du capteur. Puis lorsque Ve est compris entre le second seuil S2 et un troisième seuil, S3 supérieur à S2 et inférieur à 5V, le signal de sortie est représentatif de la position de fermeture du capteur.En cas de court-circuit, Ve est supérieur à S3. La figure 4 illustre un autre mode de réalisation possible du capteur 12, selon lequel une résistance R5 est connectée en série avec l'élément 36 de commutation, une résistance R6 étant connectée en parallèle entre les bornes 14 et 16 du capteur. Comme précédemment, la tension Ve varie de 0 à 5V et il est possible de distinguer les quatre états du capteur, la résistance R de charge du générateur de courant 24 étant donnée par - En cas de fil coupé : R = Ri ; Vc = 5V ; Ve = 0V - En position d'ouverture du capteur : R = R1//R6 - En position de fermeture du capteur : R = R1//R5//R6 - En cas de court-circuit : R = 0 ; Vc = 0V ; Ve = 5V La figure 5 illustre un troisième mode de réalisation possible du capteur 12, selon lequel une diode Zener 38 est connectée en parallèle sur l'élément de commutation 36, l'ensemble étant connecté en série avec une diode D. A titre d'exemple non limitatif, pour un générateur de courant fournissant un courant de 8mA, on a relevé une tension Ve de - OV en cas de fil coupé - 0,7V en position d'ouverture du capteur (chute de tension de 3,6V dans la diode Zener et de 0,7V dans D) - 4,3V en position de fermeture du capteur (chute de tension de 0,7V dans D) - 5V en cas de court-circuit. Dans ce cas le seuil S1 doit bien évidemment etre inférieur à 0,7V et le seuil S3 compris entre 4,3V et 5V. Dans la description qui précède on a supposé que l'élément de commutation 36 était un élément de commutation idéal. Dans la pratique il faut bien entendu tenir compte de sa résistance interne qui n'est pas nulle lorsqu'il est en position de fermeture et qui n'est pas infinie lorsqu'il est en position d'ouverture. La figure 2 illustre plus en détail un mode de réalisation particulier du circuit d'alimentation 32. La base d'un transistor (T1) est connectée par une diode Zener 40à la borne 18 d'alimentation du circuit d'entrée 10 et par une résistance R7 à la masse. L'émetteur du transistor Tî, de type pnp sur la figure, constitue la sortie du circuit d'alimentation 32. Le collecteur de T1 est connecté à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R8. Un condensateur de filtrage C2 est de préférence connecté entre l'émetteur et la tension d'alimentation Va. Un composant de protection en tension 42, par exemple un diode de type "Transil", peut être disposé entre les bornes d'alimentation du circuit 32.Cette structure permet d'obtenir une tension constante, par exemple 5V, entre la borne d'alimentation 18 et la sortie du circuit d'alimentation 32. La figure 3 représente un mode de réalisation possible du générateur de courant 24. Celui-ci comporte un transistor T2 dont l'émetteur est connecté à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R9. Sa base est connectée à la masse par une diode Zener 44 et à la borne d'alimentaion 18 par une résistance R10. Son collecteur est connecté à la borne d'entrée 22, le capteur et l'impédance R1 constituant ainsi l'impédance de charge du générateur de courant. Dans la description ci-dessus le circuit d'entrée comporte une borne d' entrée 22. Bien entendu l'invention est applicable de la même manière à un circuit d'entrée comportant une pluralité de bornes d'entrée destinées à être reliées à une pluralité de capteurs. Dans ce cas un générateur de courant 24 est associé à chacune des bornes d'entrée. Il en va de même des résistances Ri, R2 et du condensateur C1. Le circuit d'alimentation 32, le convertisseur 28 et le microprocesseur 30 sont communs à toutes les bornes, un multiplexeur (non représenté) ayant une pluralité d'entrées respectivement connectées aux points communs. aux résistances R2 et aux condensateurs Ci, et sa sortie étant reliée à l'entrée du convertisseur 28. Le circuit de traitement représenté sur la figure 1 peut être réalisé par tous moyens équivalents. En particulier ce circuit peut être réalisé à l'aide de comparateurs analogiques, dont les bornes d'alimentation sont connectées à la borne 18 et au conducteur 34. Dans le cas où le trai-tement des signaux d'entrée est réalisé à l'aide de circuits numériques, il est possible de ne relier que le convertisseur analogique/numérique à la masse flottante, la sortie du convertisseur étant alors connectée, par l'intermédiaire d'une isolation galvanique (par exemple par des optocoupleurs), à un circuit de traitement additionnel, comportant des moyens de comparaison à des seuils des signaux de sortie du convertisseur qui sont représentatifs de signaux d'entrée (Ve). Le circuit de traitement additionnel, alimenté par un autre circuit d'alimentation, et qui peut être constitué par un microprocesseur, peut alors être connecté à la masse (borne 20). REVENDICATIONS 1. Circuit d'entrée d'un dispositif d'automatisation, destiné à être connectée un capteur (12), de type tout ou rien, comportant un élément de commutation (36) pouvant prendre des positions d'ouverture et de fermeture et disposé entre une borne d'alimentation (14) et une borne de sortie (16), ledit circuit d'entrée (10) comportant des première et seconde bornes d'alimentation (18, 20) entre lesquelles est appliquée une tension d'alimentation (Va), la première borne (18) 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 capteur1 le circuit d'entrée (10) comportant un circuitde traitement connecté à la borne d'entrée et fournissant en sortie (26) des signaux représentatifs de la position de l'élément de commutation du capteur, circuit caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de courant (24) connecté entre la seconde borne d'alimentation (20), elle-même connectée à la masse, et la borne d'entrée (22), une première impédance (R1) connectée entre la borne d'entrée (22) et la première borne d'alimentation (18), un circuit d'alimentation (32) connecté entre les bornes d'alimentation (18, 20) du circuit d'entrée et dont la sortie est reliée à un conducteur (34) porté à une tension telle que la tension appliquée entre ledit conducteur (34) et la première borne d'alimentation (18) ait une valeur constante prédéterminée de manière à ce que ledit conducteur (34) constitue une masse flottante, les bornes d'alimentation du circuit de traitement (28, 30, R2, C1) étant connectées entre le conducteur (34) et la première borne (18) et les signaux (Ve) d'entrée du circuit de traitement étant les signaux appliqués entre la borne d'entrée (22) et le conducteur (34). 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de traitement compte des moyens (30) de comparaison des signaux d'entrée à au moins un premier seuil (S2). 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de traitement comporte un microprocesseur (30) et un convertisseur analogique- numérique (28), dont l'entrée est connectée à la borne d'entrée (22) et dont la sortie est connectée à l'entrée du microprocesseur (30). 4. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de traitement comportè un convertisseur analogiquenumérique, la sortie du circuit de traitement étant connectée, par l'intermédiaire d'une isolation galvanique, à un circuit de traitement additionnel comportant des moyens de comparaison à au moins un premier seuil des signaux de sortie du convertisseur. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il est destiné à être connecté à un capteur comportant une seconde Impédance (R3, R6, 38) en parallèle sur l'élément de commutation et en ce que les moyens de comparaison du circuit de traitement ou du circuit traitement additionnel comportent des moyens (30) de comparaison des signaux d'entrée (Ve) à au moins un second seuil (S1) inférieur au premier (S2) de manière à fournir en sortie (26) des signaux représentatifs d'un défaut de fil coupé. 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite seconde impédance est une diode Zener (38). 7. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite seconde impédance est une résistance (R3, R6). 8. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est destiné à être connecté à un capteur (12) comportant une diode (D) en série avec l'élément de commutation (36), les moyens de comparaison du circuit de traitement ou du circuit de traitement additionnel comportant des moyens (30) de comparaison des signaux d'entrée (Ve) à un troisième seuil tu3), supérieur au premier (52) de manière à détecter un court-circuit aux bornes du capteur. 9. Circuit selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est destiné à être connecté à un capteur (12) comportant une résistance (R4, R5) en sérIe avec l'élément de commutation (36), les moyens de comparaison du circuit de traitement ou du circuit de traitement additionnel comportant des moyens (30) de comparaison des signaux d'entrée (Ve) à un troisième seuil, supérieur au premier (S2), de manière à détecter un courtcircuit aux bornes du capteur. 10. Circuit selon l'une quelconque des-revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation (32) comporte un transistor (T1) dont l'émetteur est connecté au conducteur (34) et dont la base est connectée, par l'intermédiaire d'une diode Zener (40), à la première borne d'alimentation (18) du circuit d'entrée et! par l'intermédiaire d'une première résistance (R7) à la seconde borne d'alimentation (20), son collecteur étant connecté, par l'intermédiaire d'une seconde résistance (R8) à ladite seconde borne d'alimentation (20).