Brevet FR2707803A1 — publié le 19950120

DISPOSITIF DE CONNEXION D'UNE CARTE ÉLECTRONIQUE À DES CABLES ÉLECTRIQUES ET PROCÉDÉ DE CONNEXION La présente invention intéresse le domaine de l'électronique et de l'électrotechnique, et plus particulièrement celui de la connectique des composants d'automatisme, notamment d'automates programmables ou de calculateurs industriels, utilisés par exemple dans la surveillance et la commande de processus. L'Art Antérieur nous enseigne notamment un dispositif et un procédé de connexion de composants d'un produit électronique comme un automate relié à au moins un processus par des câbles électriques, qui consiste à connecter par l'intermédiaire d'un bus général une carte d'alimentation, une carte unité centrale, et une pluralité de cartes entrées/sorties de commande de processus, ces dernières possédant des connecteurs pour la connexion directe des câbles électriques. Dans les produits évolués, on peut rencontrer en plus une pluralité de cartes unité centrale reliées entres elles par l'intermédiaire d'un bus particulier. Les cartes électroniques, notamment les cartes entrées/sorties, comprennent deux logiques différentes : une logique compatible avec celle du bus général et de l'unité centrale, et une logique compatible avec les niveaux de tensions et de courant, généralement supérieurs, des capteurs/actionneurs du processus surveillé ou commandé. Ces cartes entrées/sorties se présentent souvent sous la forme d'une plaque isolante portant un circuit imprimé, des composants électroniques, un connecteur à fiches au bus général, et un connecteur aux câbles électriques de liaison aux capteurs/actionneurs du processus. Une des deux parties, mâle ou femelle, du connecteur à fiches au bus général est schématiquement installé sur une des arêtes de la plaque isolante, ce qui permet de présenter la carte contre un support portant notamment le bus, par ladite arête. Le connecteur aux câbles électriques, généralement de forme linéaire, est installé sur une autre arête de la plaque, et détermine dans la plupart des cas la taille de cette carte, ledit connecteur ayant un volume non compressible relativement important, nécessaire à la connexion de tous les câbles indépendamment les uns des autres. On pourra noter qu'une telle méthode de connexion présente des inconvénients certains, comme notamment une absence d'aspect modulaire dans les possibilités de connexion aux processus, une fois la carte entrées/sorties élaborée En effet, il n'existe pas sur de telles cartes la possibilité de modifier les connecteurs de câbles le cas échéant. Cette méthode présente aussi l'inconvénient d'imposer un encombrement de cartes et donc de produit, quasiment à partir de celui des connecteurs aux câbles, les composants électroniques, actuellement de plus en plus compacts, et donc d'encombrement de plus en plus réduit, autorisant en eux-mêmes une réduction significative de la taille des cartes électroniques. Le dispositif et le procédé de connexion selon l'invention permettent de remédier à ces différents inconvénients. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de connexion d'une carte électronique entrées/sorties, à une pluralité de câbles électriques, caractérisé en ce qu'il comprend au moins, un bus de liaison à ladite carte électronique entrées/sorties, un premier moyen de connexion audit bus, un deuxième moyen de connexion auxdits câbles élec triques, des moyens de liaison électrique entre lesdits premier et deuxième moyens de connexion, un premier moyen de support au moins desdits premier et deuxième moyens de connexion. L'intérêt d'un tel dispositif est d'être indépendant de la carte électronique, et de former une unité de connexion autonome, qui peut être multipliée selon les besoins, comme cela sera développé plus loin dans la description du procédé de connexion selon l'invention. La liaison entre le bus et la carte entrées/sorties s'effectue avantageusement au moyen d'un connecteur mâle/femelle à fiches conventionnel de faible encombrement, dont une des parties, mâle ou femelle, est fixée à ladite carte. De cette manière, la carte entrées/sorties ne portant plus le connecteur de câbles électriques, mais un connecteur à fiches de taille réduite couramment utilisé dans les connexions de bus, il est possible de réduire significativement les dimensions de la carte. Selon une autre caractéristique, le dispositif selon l'invention comprend, un boîtier portant ledit premier moyen de support, un deuxième moyen de support, des moyens de fixation dudit boîtier sur ledit deuxième moyen de support, celui-ci comprenant, selon une autre caractéristique, des moyens de maintien du bus. On obtient ainsi l'avantage de pouvoir fixer le premier moyen de support sur un deuxième moyen de support, lequel peut servir de moyen de support de l'ensemble des cartes électroniques composant un produit comme un automate par exemple. Selon une autre caractéristique, ledit deuxième moyen de support comprend au moins un moyen de verrou pour fixer ledit deuxième moyen de support sur un rail, ledit moyen de verrou comprenant au moins, un moyen de positionnement et de blocage élastique comprenant une partie caoutchouteuse, et un moyen de blocage. Ce moyen de verrou selon l'invention, apporte en particulier une rapidité dans la fixation du deuxième moyen de support sur un rail notamment standard du type de ceux qui équipent conventionnellement les armoires d'automatisme largement répandues dans l'industrie électronique ou électrotechnique. Ledit moyen de verrou permet avantageusement de verrouiller et de déverrouiller ledit deuxième moyen de support sur ledit rail par un mouvement de pression de l'opérateur, sans utiliser d'outil particulier. Ce moyen de verrou sera explicité plus en détail ciaprès dans la description d'un exemple de réalisation de celui-ci. L'invention a aussi pour objet un procédé de connexion, caractérisé en ce qu'il consiste à connecter une pluralité de dispositifs de connexion selon l'invention à une carte électronique entrées/sorties, au moyen d'un premier bus. Ce procédé apporte un avantage essentiel en l'aspect modulaire de connexion. En effet, il est possible de connecter, par exemple des processus supplémentaires par rapport à la conception initiale, à une même carte entrées/sorties, en rajoutant simplement d'autres dispositifs selon l'invention connectés par l'intermédiaire du premier bus. Selon une caractéristique particulière, le procédé consiste à connecter une pluralité desdites cartes électroniques entrées/sorties à une carte unité centrale au moyen d'un deuxième bus, ladite carte unité centrale pouvant être connectée, suivant une autre caractéristique, à d'autre cartes unité centrale au moyen d'un troisième bus. Enfin, une dernière caractéristique consiste à maintenir lesdits premier, deuxième et troisième bus sur un même moyen de support. Ainsi, il est possible de regrouper l'ensemble des cartes électroniques unité centrale et d'entrées/sorties, et les dispositifs selon l'invention sur un même moyen de support portant les premier, deuxième et troisième bus, afin de rationaliser et de rendre plus compact les montages, notamment des composants d'automates et d'optimiser les longueurs de bus. On notera la forme arborescente de la structure de connexion procurée par un tel procédé, à partir du troisième bus, jusqu'aux dispositifs selon l'invention, et passant par trois niveaux de bus. Invention sera mieux comprise à la lecture de la description des exemples qui suivent, accompagnés des dessins annexés, d'un mode de mise en oeuvre d'un procédé et de modes de réalisation d'un dispositif selon l'invention, ces exemples étant donnés à titre d'illustration et sans qu'aucune interprétation restrictive de la protection recherchée ne puisse en être tirée. La Figure 1 représente en perspective un dispositif de connexion selon l'invention d'une carte électronique entrées/sorties à une pluralité de câbles électriques. La Figure 2 représente en perspective ledit dispositif de connexion comprenant un boîtier, un profilé rigide, ce dernier étant fixé sur un rail au moyen d'un verrou. La Figure 3 représente en coupe transversale ledit profilé rigide fixé sur ledit rail par ledit verrou. La Figure 4 représente en perspective un exemple de mise en oeuvre du procédé de connexion arborescente entre des cartes électroniques unité centrale, des cartes électroniques entrées/sorties, des dispositifs de connexion selon l'invention, et des câbles électriques. Le dispositif de connexion d'une carte électronique entrées/sorties 1 à une pluralité de câbles électriques 2 représentée sur la Figure 1, comprend : une plaque isolante 6 rigide comportant notamment un circuit imprimé 5, un connecteur 3 conventionnel pour câbles électriques fixé avantageusement par soudage sur le circuit imprimé 5, ledit connecteur comportant des moyens indépendants de fixation de chacun des câbles, un connecteur 16 à fiches conventionnel dont une première partie, mâle ou femelle, est fixée avantageusement par soudage sur le circuit imprimé 5, un bus 7 portant une deuxième partie complémentaire du connecteur 16, ledit bus 7 étant constitué d'un faisceau de câbles électriques formant une nappe, et relié lui-même à la carte électronique entrées/sorties 1 par un connecteur 4 à fiches conventionnel, du type du connecteur 16 à fiches. Le circuit imprimé 5 permet de réaliser fil à fil la liaison électrique entre le connecteur 3 et la première partie du connecteur 16 à fiches. li faut relever que l'exemple suivant la Figure 1 ne montre qu'un seul connecteur 3 conventionnel pour câbles électriques, mais que le dispositif permet d'en placer beaucoup plus. En effet, la surface quasi totale de la plaque isolante 6, à l'exception de la surface occupée par le circuit imprimé, peut être réservée à l'emplacement d'une pluralité de connecteurs pour câbles électriques du type du connecteur 3, alors que dans l'art antérieur, seule une des arêtes de la carte entrées/sorties est réservée à cet usage, la surface de ladite carte étant occupée par des composants électroniques. On peut ajouter que, selon les besoins, la plaque isolante 6 peut également porter divers éléments conventionnels de protection des circuits (non représentés dans l'exemple), comme des fusibles, des parafoudres, des filtres, etc. En outre, l'adjonction d'un dispositif selon I'invention dans la conception d'un produit électronique, par exemple d'un automate, entraîne la possibilité de réduire significativement la taille de ses cartes entrées/sorties par la suppression sur celles-ci des connecteurs pour câbles électriques. Le dispositif de connexion suivant la Figure 1 peut comprendre un boîtier 8 avantageusement ouvert, un profilé rigide 9 portant ledit boîtier 8 fixé sur ce dernier, notamment par l'intermédiaire de vis 19, comme cela est représenté sur la Figure 2. Sur cette Figure, la plaque isolante 6 est avantageusement emboîtée dans le boîtier 8, par l'intermédiaire d'encoches 17 de formes complémentaires à la forme dudit boîtier 8, de façon à assurer le positionnement et le maintien de la plaque 6 dans le boîtier 8. Tous autres moyens connus pour assurer le positionnement et le maintien de la plaque 6 dans le boîtier 8, notamment des moyens de vis, peuvent être utilisés. Le boîtier 8 est avantageusement ouvert, au moins dans sa partie supérieure et inférieure, de façon à assurer le passage des câbles électriques 2, la Figure 2 illustrant seulement l'utilisation d'une ouverture inférieure. Le profilé rigide 9 comprend notamment une gouttière 18 destinée à maintenir le bus 7. La longueur du profilé 9, est déterminée pour la fixation d'une pluralité de boîtiers (non représentée ici), selon les besoins. Suivant la Figure 3, le profilé rigide 9 comprend avantageusement un verrou 11, destiné à assurer la fixation du profilé 9 sur un rail 10, ceci de manière libérable. En effet, il est la plupart du temps nécessaire de pouvoir fixer des ensembles de cartes et composants électroniques, notamment dans des armoires, sur des rails rigides standards prévus à cet effet. La Figure 3 illustre la fixation sur un rail 10 rigide asymétrique notamment de standard DIN, en coupe transversale. Le verrou 1 1 peut posséder une longueur continue ou discontinue au plus égale à celle du profilé 9. Ce verrou il est remarquable en ce qu'il comprend, un décrochement 20 servant de moyen de positionnement et de blocage élastique sur le rail 10, ce décrochement 20 comprenant une partie caoutchouteuse, formée avantageusement dans un cylindre 12 en élastomère placé dans le fond dudit décrochement 20, un décrochement 22 servant de moyen de blocage sur le rail 10 en fin de verrouilIage, et avantageusement une rampe 21 servant à assurer la transformation d'un effort de poussée de l'opérateur sur ledit verrou en un effort de compression dudit cylindre 12 en élastomère. L'opérateur utilise le verrou 1 1 de la manière suivante : il positionne le profilé 9 en appui sur le rail 10 par l'intermédiaire du cylindre 12 en élastomère et du décrochement 20, puis met avantageusement en contact le profilé 9 par la rampe 21 sur le rail 10, en faisant pivoter ledit profilé 9 autour du point d'appui ci-dessus décrit, et exerce ensuite une poussée continue sur ledit profilé 9, de manière à comprimer le cylindre 12 en élastomère par le glissement sur la rampe 21, jusqu'à ce que le décrochement 22 s'emboîte dans le rail 10, sous l'effet de l'élasticité du cylindre 12 en élastomère, assurant ainsi la fixation du profilé 9 sur le rail 10. Pour démonter le profilé 9 du rail 10, il suffit à l'opérateur de comprimer le cylindre 12 en exerçant une poussée adéquate sur le profilé 9 jusqu'au dégagement du rail 10 hors du décrochement 22. Le profilé 9 est alors libre du rail 10. Comme on l'aura noté, la rampe 21 n'est pas indispensable au fonctionnement du verrou selon l'invention, celle-ci permettant de faciliter à l'opérateur le verrouillage en transformant un effort sensiblement horizontal de poussée sur le verrou 11 en un effort sensiblement vertical de compression du cylindre 12 en élastomère, et en démultipliant ledit effort de poussée, par sa forme avantageuse sensiblement en arc de cercle. La direction des efforts de poussée et de compression, respectivement horizontale et verticale, étant indiquée par référence à la position du profilé et du verrou tels que représentés sur la Figure 3. Il faut noter de même que les choix de l'élastomère et de la forme de cylindre proposés dans le mode de réalisation donné en exemple pour la partie caoutchouteuse 12 n'est absolument pas restrictif, tous autres matériaux suffisamment élastiques et formes pouvant convenir. Il faut remarquer que l'opération de verrouillage ou de déverrouillage est très rapide, précise et sûre, tout en ne nécessitant aucun outil, ce qui procure un gros avantage, notamment pour des interventions dans des armoires d'automatisme, qui offrent souvent une accessibilité difficile. L'exemple de mise en oeuvre du procédé de connexion suivant la Figure 4, illustre un faisceau de câbles électriques 2 connecté à deux dispositifs de connexion D1, D2 selon l'invention, eux-mêmes connectés à une première carte électronique entrées/sorties 1, au moyen d'un premier bus 7, ladite première carte électronique entrées/sorties 1 étant connectée avec une deuxième carte électronique entrées/sorties 1' à une première carte unité centrale UC1, au moyen d'un deuxième bus 14, ladite première carte unité centrale UCI étant connectée à une deuxième carte unité centrale UC2, au moyen d'un troisième bus 15, ladite carte deuxième carte unité centrale UC2 pouvant elle-même être connectée à une structure composée de cartes entrées/sorties et dispositifs de connexion selon l'invention telle que celle qui est connectée à la première carte unité centrale UC1. Comme on l'aura remarqué, L'exemple décrit ci-dessus n'illustre qu'un cas particulier de mise en oeuvre du procédé de connexion selon l'invention, ce dernier pouvant offrir bien évidemment toutes autres possibilités d'adjonction de cartes électroniques et/ou de dispositifs selon l'invention en fonction des besoins. On peut noter la structure arborescente de la connexion à partir du troisième bus 15, jusqu 'aux dispositifs D1, D2, procurant de larges avantages, notamment à l'égard des capacités accrues de connexion aux câbles électriques de commande de processus. Les premier, deuxième et troisième bus 7, 14, 15, représentés parallèles sur la Figure 4, peuvent avantageusement être maintenus sur un même profilé 9, non illustré sur la Figure 4, ce dernier permettant dans ce cas la fixation de toutes les cartes du produit électronique par l'intermédiaire de boîtiers, d'une manière similaire à celle montrée sur la Figure 2. Les moyens par lesquels le dispositif et le procédé de connexion selon l'invention sont susceptibles d'application industrielle, sont ceux, comme on aura pu le remarquer tout au long de la description, déjà largement utilisés dans l'industrie électronique de la connectique et l'industrie métallurgique ou des matières plastiques, ce qui présente notamment l'avantage d'une possibilité de fabrication en grande série. REVENDICATIONS 1. Dispositif de connexion d'une carte électronique entrées/sorties (1), à une pluralité de câbles électriques (2), caractérisé en ce qu'il comprend au moins, un bus (7) de liaison à ladite carte électronique entrées/sorties, un premier moyen (16) de connexion audit bus, un deuxième moyen (3) de connexion auxdits câbles électriques (2), des moyens (5) de liaison électrique entre lesdits premier et deuxième moyens de connexion (16, 3), un premier moyen (6) de support au moins desdits premier et deuxième moyens de connexion (16, 3). 2. Dispositif suivant la Revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier moyen de connexion audit bus (7) comprend au moins un connecteur à fiches (16) mâle/femelle, dont une des parties, mâle ou femelle, est portée par ledit premier moyen (6) de support. 3. Dispositif suivant la Revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison électrique comprennent au moins un circuit imprimé (5) sur ledit premier moyen (6) de support. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des Revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend au moins, un boîtier (8) portant ledit premier moyen (6) de support, un deuxième moyen (9) de support, des moyens (19) de fixation dudit boîtier sur ledit deuxième moyen de support. 5. Dispositif suivant la Revendication 4, caractérisé en ce que ledit deuxième moyen (9) de support comprend au moins des moyens (18) de maintien dudit bus (7). 6. Dispositif suivant la Revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit deuxième moyen (9) de support comprend au moins un moyen (11) de verrou pour fixer ledit deuxième moyen de support sur un rail (10), ledit moyen de verrou comprenant au moins, un moyen (20) de positionnement et de blocage élastique comprenant une partie caoutchouteuse (12), et un moyen (22) de blocage. 7. Dispositif suivant la Revendication 6, caractérisé en ce que ladite partie caoutchou- teuse est constituée d'un cylindre (12) réalisé dans un matériau choisi parmi les matériaux suivants: - élastomère, - caoutchouc. 8. Dispositif suivant la Revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit moyen de verrou comprend un moyen (21) de transformation d'un effort de poussée sur ledit verrou en un effort de compression de ladite partie caoutchouteuse (12). 9 . Procédé de connexion, caractérisé en ce qu'il consiste à connecter une pluralité de dispositifs de connexion (dol, D2) selon l'une quelconque des Revendications précédentes à une carte électronique entrées/sorties (1), au moyen d'un premier bus (7). 10. Procédé suivant la Revendication 9, caractérisé en ce qu 'il consiste à connecter une pluralité de cartes électroniques entrées/sorties (1, 1') à une carte unité centrale (UC1) au moyen d'un deuxième bus (14). 11. Procédé suivant la Revendication 10, caractérisé en ce qu'il consiste à connecter une pluralité de cartes unité centrale (UC1, UC2) au moyen d'un troisième bus (15). 12. Procédé suivant l'une quelconque des Revendications 9, 10, ou 11, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir au moins lesdits premier, deuxième, et troisième bus (7, 14, 15), ladite pluralité de dispositifs de connexion (dol, D2), ladite pluralité de cartes électroniques entrées/sorties (1, 1'), et ladite pluralité de cartes unité centrale (UC1, UC2) sur ledit deuxième moyen (9) de support.