Brevet FR2692057A1 — publié le 19931210

RESEAU LOCAL, NOTAMMENT POUR UN SYSTEME DE COMMANDE ET D'AUTO-SURVEILLANCE D'UN APPAREIL ELECTRIQUE La présente invention concerne un réseau local, utilisable en particulier pour la commande et l'auto- surveillance d'un appareil électrique multipolaire tel qu'un disjoncteur électrique à haute tension. La Demanderesse a décrit, dans la demande de brevet français intitulée "Système de commande et d'autosurveillance, en particulier pour un appareil10 électrique multipolaire, tel qu'un disjoncteur à haute tension", déposé le même jour que la présente demande de brevet, un système dans lequel chaque pôle de l'appareil est associé à un microprocesseur, les divers microprocesseurs étant reliés par un bus série piloté par un organe de gestion Le bus possède d'autres abonnés, tel que des organes de mesure ou de contrôle de divers éléments de l'appareil tels que la pression du gaz d'isolement ou la pression de l'huile de la commande hydraulique. Dans une telle structure, les abonnés, pour pouvoir accomplir leurs différentes tâches d'exécution et de surveillance, ont mutuellement besoin de tout ou partie des informations qu'ils acquièrent ou élaborent, et ceci, en temps réel et en synchronisme aussi parfait que possible; cela garantit qu'à un instant donné, une information25 partagée entre les stations possède bien la même valeur pour chacun des abonnés Cette contrainte indique que le réseau local doit permettre la gestion efficace et rapide d'une base de données répartie entre les stations. Ce concept est remarquablement réalisé par le réseau de terrain F I P permettant l'interconnexion d'un nombre important de stations Toutefois, ce réseau local dont les fonctionnalités sont très riches (par exemple messagerie) implique une dimension relativement importante des trames échangées, ce qui a pour inconvénient d'engendrer un rendement de transmission trop bas pour les applications envisagées dans la présente demande de brevet; d'autre part, il nécessite une opération préalable de configuration logicielle de chaque station lors de la mise sous tension auxiliaire du réseau, notamment pour désigner les données qu'elle devra produire ou consommer L'ensemble de ces 5 contraintes rend donc le réseau F I P mal approprié à l'application envisagée par la Demanderesse, car des vitesses de rafraîchissement relativement importantes sont requises pour un petit nombre de données, et le système, non surveillé, doit pouvoir redémarrer rapidement en cas10 d'incidents sur les sources auxiliaires d'alimentation du réseau local. Dans tous les cas de figure, le nombre d'abonnés du bus est inférieur à 8. 1 Un but de l'invention est de réaliser un réseau local adapté à un petit nombre d'abonnés, pouvant véhiculer des informations à une cadence convenable, permettant une remise à jour des données selon une fréquence adaptée à la commande et à l'auto-surveillance des disjoncteurs d'un poste électrique à haute tension. L'invention a pour objet un réseau local comprenant au plus huit stations sources et/ou puits de données reliées par un bus série et fournissant, à une base de données répartie des données cycliquement renouvelées sous la conduite d'un générateur de requêtes émettant des requêtes25 sous forme de messages binaires, caractérisé en ce que l'adresse des stations puits est constituée par des nombres binaires représentant les puissances de 2 de O à 7. Dans un mode préféré de réalisation, un message binaire émis par le générateur de requête contient les adresses de toutes les stations "puits" pour le message sous la forme d'un octet constitué par la REUNION OU des adresses des stations puits concernées, une station se reconnaissant puits si, en effectuant l'INTERSECTION ET dudit octet et de son propre octet d'adresse, le résultat est non nul.35 D'autres particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description donnée ci- après d'un exemple de réalisation de l'invention, avec référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 illustre les adresses des stations comme puits, la figure 2 illustre deux exemples de mise en oeuvre de la recherche des stations puits, la figure 3 illustre la trame d'un message envoyé par le générateur de requête, la figure 4 illustre la trame du message envoyé par une station source en réponse à une requête, la figure 5 illustre la trame du message "état des sources" envoyé par le générateur de requêtes après chaque cycle, la figure 6 est un schéma montrant commment le réseau de l'invention est utilisé pour la commande et l'auto-surveillance d'un apppareil électrique tripolaire tel qu'un disjoncteur à haute tension isolé à l'hexafluorure de soufre SF 6. On rappelle ici quelques caractéristiques d'un réseau local. Un réseau local comprend des abonnés ou stations, qui sont des microprocesseurs ou des microcontrôleurs, qui peuvent recevoir des messages (on dit que ces stations sont "puits") ou émettre des messages (on dit que ces stations sont "sources"); certaines stations peuvent être à la fois source et puits, certaines ni source, ni puits. Un réseau local comporte un générateur de requêtes, émettant, selon une séquence données, des messages en direction des stations; les stations puits et sources reçoivent intégralement la requête et l'exploitent comme suit: la station source répond à la requête en émettant la donnée spécifiée, la station puits consomme la donnée émise par la station source en réponse à la requête. Les stations qui ne sont ni source, ni puits ignorent les requêtes Les informations collectéees à la suite de ces requêtes et des réponses qui y sont fournies sont collectées dans une base de données utilisée par un calculateur pour 5 piloter l'installation industrielle. Dans le réseau local de l'invention, qui ne comprend au maximum que 8 stations numérotées, les messages proviennent d'une seule source (soit du générateur de requêtes, soit d'une station) mais peuvent avoir jusqu'à 710 puits (la station émettrice n'est pas puits pour le message qu'elle émet; le générateur de requêtes n'est pas puits). Un premier problème résolu par l'invention est d'identifier de manière simple les stations puits. Conformément à l'invention, et comme le montre la figure 1,15 l'ensemble des stations puits est identifié par un octet dans lequel l'adresse des diverses stations puits est constituée par les puissances de 2, de la puissance zéro à la puissance 7. Ainsi: l'adresse de la station n'O est 2 puissance O soit 1 (en binaire 1) l'adresse de la station n'l est 2 puissance 1 soit 2 (en binaire 10) l'adresse de la station N 02 est 2 puissance 2 soit 4 (en binaire 100) l'adresse de la qtation n 7 est 2 puissance 7 soit 128 (en binaire 10000000). En faisant la REUNION à l'aide d'un circuit OU (ou par voie logicielle) des huit adresses précitées, on constitue un mot de 1 octet dans lequel on a désigné l'ensemble des adresses. Ainsi, conformément à l'invention, la trame de tout message émis par le générateur de requêtes comportera un octet dans lequel figurera l'adresse des stations puits pour ce message Il suffira à chaque station d'effectuer, à l'aide d'un circuit ET (ou par voie logicielle), l'INTERSECTION bit à bit de cet octet avec l'octet de son adresse pour vérifier si elle est concernée par ce message. Dans la figure 2, l'octet a est un exemple arbitraire d'un octet identificateur de puits; l'octet b est l'adresse de la station N 04; l'octet c est l'INTERSECTION bit à bit des octets a et b; on voit que cet octet est identique à l'octet b ce qui montre que la station N 04 est puits pour le message à venir.10 L'octet d est le même octet que l'octet a et représente l'identificateur de puits choisi comme exemple; l'octet e est l'adresse de la station N 02; l'octet f est l'INTERSECTION bit à bit des octets e et f; cet octet ne comporte que des 0, ce qui montre que la station N O 2 n'est15 pas puits pour le message à venir. Pour identifier les stations source, il suffit de son numéro, ce qui ne requiert que 3 bits pour 8 stations. Un deuxième problème relatif à la réalisation d'un réseau concerne les caractéristiques de la trame des messages émis par le générateur de requêtes; celle-ci doit être courte, pour permettre une grande fréquence d'émission des messages; mais elle doit contenir toutes les données nécessaires à l'exploitation industrielle du réseau. La trame du message émis par le générateur de requêtes doit en particulier indiquer quelle station doit être source, donc fournir une donnée, et quelle ou quelles stations doivent être puits, c'est-à-dire consommer cette donnée. Selon l'invention, la trame du message émis par le générateur de requêtes comprend quatre mots constitués chacun d'un octet et d'un neuvième bit On se référera à la figure 3, dans laquelle les x indiquent indifféremment un O binaire ou un 1 binaire Les mots sont ainsi composés: Premier mot ou en-tête: les deux premiers bits indiquent la nature ou la provenance du message; par exemple, le message provenant du générateur de requêtes est identifié par les bits 01. les trois bits suivants indiquent le nombre d'octets du message envoyé, en-tête non comprise; ce nombre est ici 3, soit 011 en binaire. les trois bits suivants indiquent le numéro de la station source qui est priée d'émettre une donnée. A la suite de ce premier octet est émis un 9 ème bit qui est utilisé selon le protocole dit "du 9 ème bit" utilisé entre autres dans les produits commercialisés sous la marque déposée INTEL Lorsqu'un tel bit est à 1, toutes les stations interrompent leurs travaux en cours et se mettent à l'écoute de la suite du message.15 Deuxième mot Les huit premiers bits sont constitués par la REUNION des adresses des stations puits, comme il a été indiqué en référence à la figure 2 Le neuvième bit est un zéro. Toutes les stations qui ne sont ni source, ni puits, donc non intéressées par la suite du message, utilisent la procédure de positionnement à " 1 " d'un flag de contrôle des interruptions des ports série, connue sous la terminologie SM 2 des produits INTEL, pour ne plus être interrompues jusqu'à émission d'un nouvel en-tête.25 Troisième mot Les huit premiers bits indiquent à quelle adresse relative dans la base de données doit être rangée l'information. Le neuvième bit est un zéro. Quatrième mot Les huit premiers bits sont utilisés pour établir une somme de contrôle (en anglais "check-sum") qui sera très simplement constituée par l'octet de poids faible de la somme des trois premiers mots Le neuvième bit est un35 zéro. La figure 4 illustre la trame du message émis par une station source en réponse à la requête du générateur de requête Comme la trame précédente, la trame du message en réponse comporte 4 mots d'un octet suivi d'un neuvième bit. 5 Premier mot Les deux premiers bits servent à identifier qu'il s'agit de la réponse à une requête et qu'une source va émettre une donnée Les stations puits, qui se sont identifiées lors de l'envoi du message émis par le générateur de requête, se préparent à consommer l'information Ces deux bits peuvent être par exemple 10. Les trois bits suivants indiquent le nombre d'octets du message, en- tête non comprise; ce nombre ici est 3, soit 011 en binaire. Les trois bits suivants indiquent le numéro de la station source. Le neuvième bit est à 1, en sorte que les stations s'apprêtent à traiter ce message. Deuxième et troisième mot20 Ils constituent la donnée émise par la source; toutes les données émises par toutes les sources sont formatées à deux mots comportant chacun un octet suivi d'un neuvième bit à zéro De cette façon, seules les stations puits concernées par cette donnée prennent en compre ces octets et le suivant. quatrième mot Les huit premiers bits sont utilisés pour réaliser une somme de contrôle qui peut être constituée simplement par l'octet de poids faible de la somme des trois premiers mots.30 Le neuvième bit est un zéro. Le fonctionnement du réseau est le suivant, pour un débit en bauds de 375 Kb. Au moment d'adresser une requête, le générateur de requête ouvre une fenêtre temporelle (délai de surveillance) de durée ds égale par exemple à 600 microsecondes Dès que le générateur de requête a détecté la réponse de la source interrogée, il émet une nouvelle requête, le bus étant alors libre Si tout est normal, cette réponse parvient 250 gs après l'ouverture de la fenêtre Si le générateur ne détecte pas la réponse attendue, il attend la fin du délai de 5 surveillance pour émettre un nouveau message; si la source a bien répondu, le générateur met un bit 1 à l'adresse de cette source dans un message "état des sources" envoyé à toutes les stations après chaque cycle de rafraîchissement complet de la base de données Cet octet, pour lequel toutes10 les stations sont puits, est rangé en fin de la base de données. Le message "état des sources" est tramé comme indiqué dans la figure 5. Il comprend trois mots ayant chacun un octet et un neuvième bit. Premier mot ou en-tête Les deux premiers bits sont utilisés pour indiquer la fonction du message et peuvent être par exemple 11. Les trois autres bits sont utilisés pour indiquer le nombre d'octets du présent message, en-tête non comprise; ici ce nombre est égal à 2 soit 10 en binaire. Les trois bits suivant sont sans signification et sont pris égaux à 0. Le neuvième bit est un 1. Deuxième mot Il décrit l'état des sources, avec un 1 à leur adresse si elle sont saines et un O si elles sont défectueuses. Le neuvième est un 0. Troisième mot Il est constitué de l'octet de poids faible de la somme des deux premiers mots pour constituer une somme de contrôle simple. Le neuvième bit est un 0. La figure 5 illustre l'application du réseau de l'invention à la commande et à l'auto-surveillance d'un disjoncteur triphasé. Chacun des pôles est associé à un microcontrôleur qui sont référencés ici g Pl, g P 2 et g P 3. Les pôles sont reliés en réseau série par un bus B piloté par un générateur de requêtes GR; les données sont adressées à un bornier d'un organe de traitement OTC comportant un registre de données BD recevant les données recueillies par les microcontrôleurs; des organes supplémentaires, tel qu'un détecteur de la pression du gaz d'isolement des pôles, référencé SF 6, sont également des10 abonnés du réseau. Dans le schéma de la figure 5, on distingue sur fond hachuré les données pour lesquelles les stations (g Pl, g P 2, g P 3,SF 6) sont sources; on distingue les données prioritaires (signalées par un trait épais) des données non prioritaires (entourées par un simple trait). Les données indiquées dans des rectangles blancs sont des données pour lesquelles les stations sont puits; les rectangles restant vide correspondent à des données non consommées par la station.20 Les données caractéristiques du fonctionnement d'un disjoncteur sont les suivantes Données prioritaires: i 02 03 F désignent les ordres d'ouverture et de fermeture des pôles pour lesquelles la station OTC est source et les stations g Pl, g P 2 et g P 3 sont puits. CA 01-CAF 1 qui sont les données fournies par les contacts auxiliaires ouverture et fermeture du pôle 1, indiquant respectivement une transition du pôle 1 de l'état fermé à l'état ouvert et une transition du pôle 1 de l'état30 ouvert; g Pl est source de ces données, BD en est puits. DISPO C Al qui représente l'état de disponibilité des contacts signaux auxiliaires; cette donnée est élaborée par g Pl à partir des dispositifs d'auto-surveillance attachés aux contacts auxiliaires; OTC est puits pour cette donnée.35 CA 02-CAF 2 et DISPO CA 2 sont les données analogues dont g P 2 est source et OTC puits. CA 03-CAF 3 et DISPO CA 3 sont les données analogues dont g P 3 est source et OTC puits. Données non prioritaires TO 1 et T 012 sont des durées relatives à l'ouverture du pôle 1; TO 1 est la durée qui s'écoule entre le moment o l'ordre d'ouverture est donné et le moment o le contact auxiliaire d'ouverture détecte le changement de position de l'équipage mobile du disjoncteur; T 012 est la durée qui s'écoule entre le moment o le contact auxiliaire10 d'ouverture constate le mouvement de l'équipage mobile et le moment o le contact de fermeture constate le fin du mouvement TF 11 et TF 12 sont des durées analogues mesurées lors d'une opération de fermeture du pôle g Pl est source de ces 4 données dont OTC est puits.15 T 021, T 022, TF 21 et TF 22 sont des données analogues dont g P 2 est source et OTC puits. T 031, T 032, TF 31 et TF 32 sont des données analogues dont g P 3 est source et OTC puits. SF 6 1,2,3 est une donnée relative à la pression de gaz isolant régnant à l'intérieur des chambres de coupure des pôles; cette donnée est émise par l'organe SF 6 et consommée par OTC, g P 1,g P 2 et g P 3. Le message ES, état des sources, émis par le gestionnaire des requêtes, est consommé par toutes les stations. Dans un exemple particulier de mise en oeuvre du réseau de l'invention appliqué à la commande et à l'auto- surveillance d'un disjoncteur triphasé, les données prioritaires peuvent être "rafraîchies" dans la base de30 données BD par exemple toutes les 2,5 millisecondes, les données non prioritaires étant rafraîchies toutes les 50 millisecondes seulement. Le message état des sources permet d'adopter dans certains cas, une stratégie de repli. Si, par exemple, un ordre d'ouverture 02 est adressé au microprocesseur P 2, mais que celui-ci constate que la il station SF 6 est défaillante, alors, le programme de "P 2 peut prévoir que le pôle ne sera pas ouvert malgré l'ordre donné, pour éviter la destruction possible de la chambre de coupure; la protection du réseau sera effectuée par une 5 protection plus en amont. On notera que dans un réseau comme celui qui vient d'être décrit, tous les microcontrôleurs peuvent être doublés par un microcontrôleur associé, pour assurer une redondance sécuritaire.10 Ainsi, le microprocesseur g Pl peut être associé à un microcontrôleur g P 1 *, qui a la même adresse que g Pl et qui est à l'écoute; un logiciel inhibe l'émission de g P 1 *; si, à la lecture du message ES (état des stations), "Pl* constate que g Pl est défaillant, on désinhibe g P 1 * à l'émission et ce15 dernier vient se substituer à g P 1. Les microprocesseurs (E Pl, g P 2, g P 3, OTC, SF 6) peuvent avantageusement être du type 80 C 31 de le société INTEL, avec une interface PSD 301-20 L. On notera que pour que le réseau fonctionne plus vite, tous les messages peuvent être préparés par avance et stockés dans les mémoires du générateur de requêtes Ces messages décrivent toutes les configurations sources et puits constituant un cycle complet de rafraîchissement des données et, de ce fait, aucune oppération de configuration25 préalable des stations n'est nécessaire avant le démarrage du réseau local. On observe que le réseau de l'invention est ouvert, et peut recevoir sans difficulté d'autres stations, par exemple une station fournissant une donnée sur la pression30 hydraulique du fluide des commandes hydrauliques. L'invention s'applique à tout réseau local de base comprenant au plus huit abonnés Si ce nombre devait être dépassé, on conçoit que le réseau général peut être organisé en sous-réseaux liés par des passerelles.35 Par ailleurs, le système faisant l'objet de l'invention, par des moyens connus tels que la technique portes à "collecteurs ouverts", permet de gérer la connexion physique des stations au bus proprement dit en "OU câblé". Cela est rendu possible car la transmission des télégrammes est réalisé en mode asynchrone en associant à chaque octet 5 un "start bit" et un "stop bit" De la sorte, à l'état d'inactivité des transmetteurs, le bus est au niveau logique " 1 ", grâce à une résistance le connectant au potentiel + 5 V, tous les émetteurs inactifs étant en haute impédance. Grâce à la gestion du réseau, réalisé par le générateur de requêtes, un seul émetteur prend le contrôle du réseau après une requête Il n'y a donc pas de collisions possibles sur un tel réseau. Si elle se produisait accidentellement, les trames seraient rejetées par les récepteurs, grâce au contrôle de la "check-sum". Bien entendu, les moyens sont mis en oeuvre pour permettre le déport des stations, notamment la station OTC, au moyen de fibres optiques. On notera que la procédure dite du " 9 ème bit", évoquée plus haut, constitue un moyen précieux pour assurer la synchronisation des trames; une station peut être connectée de ce fait sans difficulté. On remarquera enfin que les microcontrôleurs associés aux stations peuvent assurer dans la majorité des cas, non seulement l'exécution du protocole de transmission décrit plus haut, mais également le logiciel applicatif lié au poste électrique dans lequel est disposé l'appareil électrique commandé Cette faculté des microcontrôleurs permet de réduire de manière importante les coûts d'installation et de maintenance des postes électriques équipés de microcontrôleurs reliés par le réseau de l'invention. REVENDICATIONS 1/ Réseau local comprenant au plus huit stations (E Pl, g P 2, g P 3, SF 6) sources et/ou puits de données reliées par un bus série (B) et fournissant, à une base de données répartie 5 (BD) des données cycliquement renouvelées sous la conduite d'un générateur de requêtes (GR) émettant des requêtes sous forme de messages binaires, caractérisé en ce que l'adresse des stations puits est constituée par des nombres binaires représentant les puissances de 2 de O à 7.10 2/ Réseau local selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un message binaire émis par le générateur de requête contient les adresses de toutes les stations "puits" pour le message sous la forme d'un octet constitué par la REUNION OU des adresses des stations puits concernées, une station se15 reconnaissant puits si, en effectuant la l'INTERSECTION ET dudit octet et de son propre octet d'adresse, le résultat est non nul. 3/ Réseau local selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un message émis par le générateur de requêtes comprend quatre mots constitués chacun d'un octet et d'un neuvième bit. 4/ Réseau local selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier mot ou en-tête est un octet comportant deux bits indiquant l'origine du message, trois bits indiquant le25 nombre d'octets du message, en-tête non comprise, et trois bits indiquant le numéro de la station que le message désigne comme station source de données. 5/ Réseau local selon la revendication 4, caractérisé en ce que le neuvième bit du premier mot est un 1, signalant aux stations qu'elles doivent interrompre leur travail et se mettre à l'écoute. 6/ Réseau local selon l'une revendication 3 à 5, caractérisé en ce que le deuxième mot comprend un octet constitué de la REUNION OU des adresses des stations puits pour la donnée35 qui sera fournie par la station désignée comme source. 7/ Réseau local selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le troisième mot du message comporte l'adresse de la donnée visée par ce message, dans la base de données. 5 8/ Réseau local selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le quatrième mot est constitué de l'octet de poids faible de la somme des trois premiers mots, comme somme de contrôle ou check-sum. 9/ Réseau local selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le message émis par une station source en réponse à un message émis par le générateur de requêtes comprend quatre mots constitués chacun d'un octet et d'un neuvième bit. 10/ Réseau local selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier mot ou en-tête comprend deux bits relatifs à l'identification de la nature du message, trois bits indiquant le nombre d'octets du message, en-tête non comprise, et trois bit donnant le numéro de la station source émettant ce message. 20 11/ Réseau local selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les deuxième et troisième mots sont constitués par la donnée émise par la station source. 12/ Réseau local selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le quatrième mot est l'octet de poids faible de la somme des trois premiers mots pour constituer une somme de contrôle. 13/ Réseau local selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le générateur de requêtes adresse périodiquement, à l'ensemble des stations, un message30 indiquant l'état des sources. 14/ Réseau local selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit message comprend un octet constitué de " 1 " binaires à l'adresse des sources lorsque celles-ci sont saines, et de " O " binaires à l'adresse des sources35 défaillantes. / Réseau local selon l'une des revendications 1 à 14, appliqué à la commande et à l'auto-surveillance d'un disjoncteur polyphasé placé dans un poste électrique, caractérisé en ce que les stations sont constitués par des 5 microprocesseurs (g Pl, lP 2, g P 3) respectivement affectés à chacun des trois pôles, par des microprocesseurs attachés à la surveillance de paramètres liés au fonctionnement du disjoncteur tel que la pression du gaz d'isolement à l'intérieur des pôles, et par un organe de traitement de10 données (OTC). 16/ Réseau local selon la revendication 15, caractérisé en ce que les données fournies par les microprosseurs de pôles(g P 1, g P 2, g P 3) comprennent les indications (CA 01, CAF 1, CAO 2, CAF 2, CA 03, CAF 3) fournies par les contacts15 auxiliaires d'ouverture et de fermeture, et par les temps de fonctionnement à l'ouverture (TO 11, T 012, T 021, T 022, T 031, T 033) et à la fermeture (T Fll, TF 12, TF 21, TF 22, TF 31, TF 32) des pôles. 17/ Réseau local selon l'une des revendications 15 et 16, caractérisé en ce que les données fournies par l'organe de traitement (OTC) sont constitués par les ordres d'ouverture ( 01, 02, 03) et de fermeture (F) des pôles qui sont adressés aux microprocesseurs des pôles (g P 1, g P 2, g P 3).