Brevet FR2704370A1 — publié le 19941028

RELAIS STATIQUE DE SECURITE POUR INSTALLATION DE COMMANDE OU DE CONTROLE La présente invention concerne les relais statiques de sécurité, destinés à être utilisés dans des installations de commande et/ou de contrôle qui doivent disposer d'interfaces de sortie tout ou rien à haute sécurité pour commander ou alimenter des actionneurs. Elle trouve une application particulièrement importante dans le domaine du transport et celui de l'industrie chimique ou nucléaire. On a déjà proposé des installations dans lesquelles un degré élevé de sécurité est obtenu en associant diverses mesures - utilisation de processeurs numériques destinés à remplir les fonctions de sécurité - utilisation de composants dont les interfaces de sortie, du type tout ou rien, fournissant un niveau d'énergie supérieur à seuil déterminé dans un état "permissif" et ne délivrant plus d'énergie dans un état "restrictif", interdisant des actions ou provoquant des actions ayant un effet sécuritaire lorsqu'elles ne délivrent plus d'énergie - alimentation des interfaces de sortie tout ou rien (TOR) par une source d'énergie qu'il est possible de couper avec une sécurité de façon sécuritaire, par exemple quand une erreur est détectée. La présente invention vise à fournir un relais statique de sécurité permettant de donner, sur une sortie supplémentaire, une indication sécuritaire de l'état restrictif de la sortie vers des actionneurs (par opposition à permissif) sous forme d'un code de contrôle. Dans ce but l'invention propose notamment un relais statique de sécurité comprenant un transformateur ayant un primaire de puissance alimenté par un circuit à travers un interrupteur commandable par un processeur et ayant un secondaire de puissance relié à un circuit d'adaptation permettant d'amener une charge à un état sécuritaire lorsque la puissance transmise est supérieure à un seuil déterminé, dont le transformateur comprend également un second primaire relié à une source de code entrant à faible puissance et un second secondaire appartenant à un circuit d'élaboration d'un code de sortie à partir du code entrant, ledit circuit d'élaboration étant prévu pour brouiller le code en cas de passage de courant dans le primaire de puissance, l'énergie transférable au secondaire de puissance à partir du second primaire étant insuffisante pour amener la charge à l'état permissif. Dans un tel relais, le code de contrôle de l'état sécuritaire, indiquant que le relais est coupé, ne peut en aucun cas apparaître en sortie si le relais fournit une énergie suffisante à la charge, fréquemment constituée par un actionneur, même en cas de panne et dans des conditions d'environnement sévères. La sécurité est encore accrue en constituant le circuit d'élaboration de façon qu'il génère le code de sortie à partir d'un code entrant comportant deux codes primaires appliqués chacun sur une entrée du second primaire. Le relais ainsi réalisé est nettement moins coûteux qu'un relais de sécurité comportant un relais mécanique à plusieurs paires de contacts et une entrée de contrôle ; de plus il a un temps de réponse beaucoup plus court. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non-limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe d'un relais suivant l'invention - la figure 2 montre une réalisation possible du relais de la figure 1. Le relais statique de sécurité dont la constitution de principe est montrée en figure 1 comporte un transformateur 10 ayant un primaire de puissance 12 et un secondaire de puissance 14, munis chacun d'un interrupteur respectif 16 et 18. Le terme "interrupteur" doit être interprété dans un sens large et comme désignant n'importe quel élément ayant une fonction de relais, à éléments mobiles (relais électromécanique, ou relais à lame souple) ou purement statique (relais à semi-conducteur pouvant fonctionner en courant alternatif). Ces interrupteurs sont du type à commande électrique et sont prévus pour être simultanément fermés lorsqu'une tension Ve leur est appliquée. Le primaire 12 est alimenté à travers l'interrupteur 16 par un circuit sécuritaire en courant alternatif, schématisé par deux conducteurs. Le secondaire de puissance 14 attaque un circuit de mise en forme 20, qui constitue l'interface de sortie. Ce circuit de mise en forme 20 réalise l'adaptation de la sortie à la charge et peut par exemple redresser le courant fourni par le tranformateur pour assurer une alimentation en courant continu. Le transformateur comporte un second primaire 22 et un secondaire 24 appartenant à des moyens de fourniture d'un code de contrôle Cs en sortie, ce code de contrôle ne devant apparaître que lorsque les deux entrées du primaire 22 reçoivent l'une et l'autre un code primaire distinct. Les codes primaires sont fournis, comme la tension de commande des interrupteurs Ve, par un système numérique de traitement à micro-processeur 26, sous forme d'alternance de tension Vcl et Vc2 correspondant à des codes cl et c2 distincts. Une résistance en série R limite la puissance qui traverse le primaire 22. Le secondaire 24 attaque un circuit de mise en forme 28 capable d'élaborer le code de contrôle Cs. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Lorsque les interrupteurs 16 et 18 sont ouverts simultanément, ce qui correspond à un des états normaux de fonctionnement, le transfert des codes primaires n'est pas perturbé. Le circuit de mise en forme 28 élabore le code de circuit Cs sous forme série, à partir des codes primaires entrants Cl et C2, eux-mêmes sous forme série. Le code de contrôle Cs arrive au système numérique de traitement 26. Si l'interrupteur 16 est ouvert alors que l'interrupteur 18 est fermé, ce qui est en principe une situation anormale, il ne peut y avoir activation d'une charge sécuritaire reliée à la sortie TOR (tout ou rien) du circuit 20. En effet, pour un dimensionnement correct de la résistance R et un rapport de transformation choisi de façon appropriée, l'énergie transférée du primaire 22 vers le secondaire 14 reste largement inférieure au seuil qui provoquerait l'activation de la charge. Si les interrupteurs 16 et 18 sont l'un et l'autre fermés et que l'alimentation de sécurité est disponible, le primaire 12 induit dans les deux secondaires une puissance élevée. La tension de sortie Vs correspond à l'activation de la charge sécuritaire. En revanche, le code Cs est brouillé par la source principale d'énergie qui constitue le primaire 12. Le système numérique de traitement ne peut plus trouver le code Cs attendu en sortie du circuit 28, pour des valeurs appropriées de la résistance R et du rapport de transformation. On voit que le relais n'introduit pas de retard appréciable entre une alimentation accidentelle de la sortie TOR et la perte du code Cs. Le seul retard est celui correspondant au temps nécessaire pour vérifier la présence et la validité du code. Le passage à l'état sécuritaire ne dépend pratiquement plus que du temps de coupure de l'alimentation de sécurité par une commande adressée par le système 26 à un circuit 30. Les caractéristiques du relais ne dépendent que des valeurs de deux composants, la résistance R et le transformateur 10. Enfin des défauts intermitants ne correspondent pas à une situation particulière. Le relais présente l'avantage supplémentaire d'assurer une isolation calvanique. Des puissances de sortie élevées peuvent être obtenues. L'utilisation de composants statiques pour constituer les interrupteurs 16 et 18 ne dégrade pas la sécurité. Le schéma de principe montré en figure 1 est susceptible de nombreuses réalisations pratiques. Le mode de réalisation montré en figure 2 ne comporte que des éléments statiques et omet l'interrupteur 18. L'interrupteur 16 comprend deux transistors de puissance de type MOS-FET, tels que IRLU 014 de International Rectifier. Le circuit de mise en forme 20 comprend un redresseur double alternance et un condensateur de filtrage. Le circuit de mise en forme 28 a une constitution symétrique. I1 comporte un secondaire en deux parties 24a et 24b. Le point milieu est à la masse et les deux parties attaquent chacune la grille d'un transistor bipolaire. Les collecteurs sont reliés entre eux et fournissent un code de sortie constitué par le OU EXCLUSIF des codes primaires entrants C1 et C2. Un tel relais a été réalisé de façon à être alimenté par une source d'énergie sécuritaire constituée par une tension alternative carrée à 50 KHz, ayant une tension de 24 Volts de crête à crête. Le circuit de mise en forme 20 fournissait alors une tension de sortie de 24 Volts. Le primaire 22 était placé en série avec une résistance de 10 KOhm et les tensions d'entrée des codes C1 et C2 étaient de 5 Volts. Avec une résistance R de 10 kOhm, la tension de sortie susceptible d'être créée en sortie du circuit 20 ne dépassait pas 1,2 Volt. Les transistors du circuit de mise en forme 28 étaient alimentés sous une tension de 5 Volts. Les codes C1 et C2 étaient chacun constitués d'une série de 32 bits tirés au hasard et présentés à la cadence de 50 kbits par seconde. Les MOS-FET ont été retenus pour réaliser l'interrupteur 16 car ils peuvent être directement commandés par un signal logique de très basse puissance. Le transistor 31 et le condensateur 32 permettent, quand l'interrupteur 16 est ouvert, de fixer le potentiel du point A ce qui élimine les effets perturbateurs des capacités de sortie des transistors 29 et 30. REVENDICATIONS 1. Relais statique de sécurité comprenant un transformateur (10) ayant un primaire de puissance (12) alimenté par un circuit à travers un interrupteur commandable par un processeur et ayant un secondaire de puissance (14) relié à un circuit d'adaptation permettant d'amener une charge à un état permissif lorsque la puissance transmise est supérieure à un seuil déterminé, dont le transformateur comprend également un second primaire (22) relié à une source de code entrant à faible puissance et un second secondaire (24) appartenant à un circuit d'élaboration d'un code de sortie à partir du code entrant, ledit circuit d'élaboration étant prévu pour brouiller le code en cas de passage de courant dans le primaire de puissance, l'énergie transférable à partir du second primaire vers le secondaire de puissance étant insuffisante pour amener la charge à l'état permissif. 2. Relais statique de sécurité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'élaboration est prévu pour générer le code de sortie à partir d'un code entrant comportant deux codes primaires appliqués chacun sur une entrée du second primaire. 3. Relais statique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit d'élaboration est prévu pour que le code de sortie soit constitué par un OU EXCLUSIF des codes primaires.