Brevet FR2719402A1 — publié le 19951103

CALCULATEUR INDUSTRIEL L'invention se rattache au secteur technique des calculateurs pour automatismes dans différentes applications industrielles. Il existe déjà de nombreux calculateurs sur le marché qui très souvent, permettent une gestion de différentes fonctions à partir de sousensembles indépendants, comprenant une alimentation modulaire, un calculateur industriel à microprocesseur, un ensemble PC industriel conforme au standard, un interface dialogue opérateur autonome, un interface de communication vers un réseau ou un bus de terrain, des cartes d'entrées et sorties diverses servant d'interfaces, un atelier logiciel associé. De par leur conception, et l'indépendance des différents sous-ensembles, ces calculateurs sont généralement volumineux. Le but recherché selon l'invention était de concevoir un nouveau calculateur industriel très compact, et permettant d'assurer plusieurs fonctions situées dans un espace volumétrique réduit. Selon une première caractéristique, le calculateur comprend un boîtier de volume parallélépipédique définissant deux étages de fonctions avec cinq zones caractéristiques permettant des - 2 - emplacements possibles pour différentes fonctions, et sur le premier étage au moins une zone d'alimentation équipée d'un blindage approprié, et sur le deuxième étage, une zone de tableau de bord de contrôle et de raccordement et une zone d'entrées/sorties supportant différents types de modules de structure identique. Selon une autre caractéristique, chaque module comprend dans sa partie centrale une zone de visualisation et une zone de contrôle, cette dernière intégrant un circuit dénommé "EPLD", et de part et d'autre du circuit étant prévues des zones interfaces permettant l'introduction des fonctions entrées/sorties, et des zones d'extrémité réservées à la connectique. Selon une autre caractéristique, le calculateur comprend dans l'emplacement du premier étage, une zone calculateur industriel à vocation temps réel et multi-tâches. Selon une autre caractéristique, le calculateur comprend dans J'emplacement du premier étage une zone recevant un ordinateur du type PC industriel sur un bus standard. Selon une autre caractéristique, le module de calculateur est défini avec des emplacements particuliers réservés à des sous-ensembles, ledit module étant réalisé, avec au niveau de celle-ci une zone contrôle et visualisation permettant - 3- I'intégration d'un module EPLD (circuit logique programmable électriquement), de part et d'autre des zones interfaces permettant l'adjonction d'entrées/sorties, et à l'extrémité des zones de connectique. Selon une autre caractéristique, chaque module est réalisé par symétrie à partir de sa partie médiane. Selon une autre caractéristique, les modules entrées/sorties sont interchangeables en fonction de l'application du boîtier, cette interchangeabilité étant rendue possible par la structure du module et celle du premier étage du boîtier. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la description. Pour fixer l'objet de l'invention illustrée aux dessins - la figure 1 est une vue du boîtier du calculateur industriel selon l'invention; - la figure 2 est une vue illustrant ledit boîtier associé à un boîtier fille; - la figure 3 est une vue illustrant le module - la figure 4 est une vue à caractère schématique illustrant un module type; - la figure 5 est une vue en plan selon la figure 4 - la figure 6 est une vue illustrant un schéma de principe -4- d'assemblage. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins. Le calculateur industriel selon l'invention est intégré dans un boîtier référencé dans son ensemble par (1). Il est réalisé sous une forme parallélépipédique à deux étages (El1, E2). Ce boîtier définit cinq zones caractéristiques qui sont successivement: une zone Z1 d'alimentation équipée d'un blindage approprié, - une zone Z2 recevant un ordinateur de type PC industriel sur un bus standard; - une zone Z3 recevant un calculateur industriel à vocation temps réel et multi-tâches. Les trois zones Z1, Z2, Z3 se situent au premier étage du boîtier. Sur le second étage du boîtier, est prévue une zone Z4 d'entrées/sorties supportant des modules qui seront précisés par la suite et une zone Z5 de tableau de bord et de contrôle et de raccordement. - Selon les versions du calculateur, il comprend au moins des moyens correspondant aux zones Z1, Z4 et Z5. Selon les configurations du calculateur, il peut intégrer séparément ou en combinaison en plus les moyens utilisés dans les zones Z2 et Z3. En variante, chaque version du calculateur industriel peut être équipé d'un boîtier fille (2) raccordé par un câble de liaison (3) pour augmenter la capacité de modules d'entrées/sorties. Dans ce cas, le boîtier fille est identique dans sa conception au précédent, mais est équipé seulement de la zone d'alimentation Z1 et de la zone d'entrées/sorties Z4. Selon une autre caractéristique de l'invention, les modules d'entrées/sorties du calculateur sont représentés figure 3 et s'intègrent sur l'étage E1 du boîtier. Ces modules sont de forme identique les uns les autres, et ont pour originalité notamment de présenter une configuration particulière et symétrique par rapport à leur partie médiane. Plus particulièrement, chaque module M comprend dans sa partie centrale une zone de visualisation (M1) et une zone de contrôle (4), cette dernière intégrant un circuit dénommé EPLD (circuit logique programmable électriquement). De part et d'autre de ce circuit EPLD, est prévu des zones interfaces M2 permettant l'introduction des fonctions entrées/sorties, et des zones M3 -6- d'extrémité réservées à la connectique. Selon une spécificité, le coeur de chaque module M est conçu de manière identique en utilisant un circuit EPLD programmable et transformable en circuit ASIC (circuit intégré à applications spécifiques). Ainsi, on a représenté aux figures 4 et 5 le plan d'un module. Il comprend un circuit imprimé (5) en appui sur un support (6), et recevant dans sa partie centrale le circuit EPLD (4) et de part et d'autre des fonctions entrées/sorties (7). Près des extrémités, est disposé le support de connectique (8) avec des bornes (9) débrochables, tandis qu'un capotage (10) vient en appui et fixation sur les supports connectiques. Une originalité réside dans l'embrochage en zone centrale du module sur la zone (Z4) de l'étage au niveau du bus de la carte imprimée. En se référant à la figure 6, on a représenté le montage du boîtier avec ses composants selon les deux étages précités. Chaque module quel que soit son type, présente différentes fonctions avec d'une part, une auto-configuration des entrées/sorties, des diodes électro luminescentes de défauts et une fonction de personnalisation. Concernant la fonction auto-configuration des entrées/sorties, -7- chaque module lorsqu'il est adressé, renvoie un code représentatif du type d'interface qu'il supporte, ainsi que le nombre de voies qui le composent (24 entrées / 16 sorties relais, 8 entrées analogiques, 4 entrées codeur, etc..). Ceci permet à l'unité centrale de contrôler la configuration des modules présents par rapport à la configuration logiciel et d'interdire par exemple le démarrage. Cela permet à l'atelier logiciel un auto-apprentissage à la demande de la configuration en cours. Associé à un atelier logiciel, ceci permet de générer automatiquement les fichiers de base de données. Selon la deuxième fonction relative aux diodes électro luminescentes de défauts, chaque module possède en face avant une diode électro luminescente rouge indicatrice de défaut pouvant être pilotée par logiciel depuis l'entrée centrale. Concernant la fonction personnalisation, chaque module est pourvu d'un registre indiquant un numéro de série ou de client priviliégié. Ce numéro propre à chaque intégrateur oblige le client final à s'approvisionner chez ce fournisseur. Les modules de codage identiques sont les seuls compatibles entre eux et avec unité centrale pourvue de ce même registre. Toutes ces fonctions sont intégrées dans le schéma électrique qui est lui-même intégré dans le circuit EPLD. -8- Certains des modules du type précité peuvent assurer des fonctions complémentaires, telles que: - acquisition d'informations "tout ou rien" sans multiplexage, - gestion de sortie "tout ou rien" à relais ou transistors, - à entrée multiplexée, - à entrée analogique, - en sortie analogique, - à entrée codeur. Dans le cadre des modules permettant l'acquisition d'information "tout ou rien", il peut être assuré les fonctions suivantes: - Filtrage programmable des rebonds sur les entrées "tout ou rien". A cet effet, les modules d'acquisition d'entrées "tout ou rien" sont équipée d'un registre autorisant l'unité centrale à choisir une période de filtrage des rebonds de quelques micro-secondes à plusieurs secondes. Le filtrage est effectué sur le module lui-même et non pas par l'unité centrale après acquisition. - Calcul de l'état des contacts. Le filtrage décrit précédemment est parallèle à une acquisition directe des entrées qui autorisent le coeur du module à compter le nombre de rebonds avant stabilité constatée sur les entrées. Cette valeur sera l'image de l'état des contacts des entrées à - 9acquérir. Une limite haute à ne pas dépasser peut alors provoquer l'alerte de l'opérateur. - Comptage rapide. Des registres consultables par le logiciel représentent le comptage du nombre de changements d'état de chaque entrée depuis une initialisation provoquée par l'unité centrale. - Comptabilisation de temps d'activation. Chaque entrée se voit associée un registre représentant son temps d'activation depuis la dernière réinitialisation ainsi que le nombre de changements d'état. Dans le cadre des modules permettant la gestion de sortie "tout ou rien", à relais ou transistors, il peut être assuré les fonctions suivantes: - Comptabilisation de marche. Chaque sortie se voit associée un registre représentant son temps cumul d'activation depuis la dernière mise sous tension ainsi que le nombre de changements d'états apparus. Ceci permet une conception plus simple de logiciel de maintenance préventive (contrôle de temps, de marche de moteur, vannes, etc...). - Mutuelle exclusion. -10- Un registre autorise la mutuelle exclusion de deux ou plusieurs sorties. Cette fonction est utilisée en sécurité lors du pilotage d'actions contraires quelconques. Il s'agit d'une sécurité sur la défaillance du logiciel. Dans le cadre des modules à entrées multiplexées permettant, sur une même carte, l'acquisation de 64 entrées "tout ou rien" par multiplexage de 8 colonnes et récupération du signal sur 8 lignes, il peut être assuré les fonctions suivantes - Multiplexage interne. Le multiplexage des entrées est assuré par le circuit EPLD et ne nécessite aucune intervention logicielle. Les valeurs des entrées sont rangées dans des registres internes. - Période de scrutation. La période de scrutation est programmable par logiciel en écrivant dans un registre, ainsi que l'optimisation du nombre de colonnes scrutées. Dans le cadre de modules d'entrées analogiques de toutes sortes thermocouples, jauges de contrainte, etc..., il peut être assuré les fonctions suivantes - Auto-scrutation des entrées. Le circuit EPLD va gérer lui-même l'acquisition périodique des entrées vers les convertisseurs, ce qui évite la charge du micro-processeur. - Barregraphe sur analogique. Les entrées/sorties analogiques sont plus difficilement mesurables que des "tout ou rien" équipés de diodes électro luminescentes d'état. Leur mesure nécessite l'emploi d'un appareil de mesure et du schéma de l'installation. La face avant des modules analogiques comporte un bouton- poussoir qui permet, par appuis successifs, de choisir la voie à superviser, son numéro s'affichant sur les 12 diodes électro luminescentes du bas, et la valeur analogique apparaît alors en temps réel sur les 12 diodes électro luminescentes du haut sous forme d'un barregraphe. - Détection de seuils d'alarme. Programmation dans des registres des seuils d'alarme et récupération de l'état de ces alarmes. - Filtrage. Filtrage programmable par intégration d'un algorythme de lissage à l'intérieur du circuit EPLD. - Détection de minima et maxima. Détection automatique des minima et maxima depuis la dernière remise à zéro et stockage dans des registres internes. - 12 - - Détection de coupures ou de liaisons avec la source. Le circuit EPLD en interne par comparaison des lectures effectuées peut déterminer la coupure de la liaison avec la source de la variable analogique. - Mise à l'échelle. Deux registres par voies permettent d'apporter une correction d'échelles de type a x + b à chaque acquisition. Les résultats sont disponibles dans des registres internes. Dans le cadre des modules de sortie analogique, il peut être assuré les fonctions suivantes - Plafonnement des valeurs mini et/ou maxi. Deux registres par voies contiennent les valeurs plafond et plancher à ne pas dépasser, même si le logiciel en donne l'ordre. Ceci est pratique lors des phases d'essai pour limiter les valeurs des actionneurs (vitesse moteur par exemple). - décalage programmable. Le décalage programmable par voie permet de combler une défaillance souvent rencontrée lors des essais de pilotage, qui est l'insensibilité des actionneurs analogiques. Dans le cadre des modules d'entrée codeurs incrémentaux -13 - fournissant les signaux standards A, A, B, B, O, O, il peut être assuré les fonctions suivantes: - Position, vitesse, accélération et sens. Le circuit EPLD permet d'avoir disponibles, pour le logiciel en temps réel et de manière simultanée, la position, la vitesse, l'accélération et le sens d'un axe quelconque. - Détection, nombre d'impulsions par tour. Il est possible au circuit EPLD de détecter une défaillance d'un codeur en contrôlant en permanence le nombre de tops codeurs émis sur un tour par contrôle des signaux d'origine (O et 0). Le calculateur selon l'invention présente ainsi de par sa conception une grande originalité et offre de manière nouvelle une multitude de fonctions. -14 - REVENDICATIONS -1- Calculateur industriel, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier (1) de volume parallélépipédique définissant deux étages (El - E2) de fonctions avec cinq zones caractéristiques permettant des emplacements possibles pour différentes fonctions, et sur le premier étage au moins une zone (Z1) d'alimentation équipée d'un blindage approprié, et sur le deuxième étage, une zone (Z5) de tableau de bord de contrôle et de raccordement et une zone (Z4) d'entrées/sorties supportant différents types de modules de structure identique. -2- Calculateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier étage comprend en outre une zone (Z2) recevant un ordinateur de type PC industriel sur un bus standard et une zone (Z3) recevant un calculateur à vocation temps réel et multi-tâches. -3- Calculateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend, dans sa partie centrale, une zone de visualisation (M1) et une zone de contrôle (4), cette dernière intégrant un circuit dénommé "EPLD", et de part et d'autre de ce circuit étant prévues des zones interfaces (M2) permettant l'introduction des fonctions entrées/sorties, et des zones (M3) d'extrémité réservées à la connectique. - 15 - -4- Calculateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de calculateur est défini avec des emplacements particuliers réservés à des sous-ensembles, ledit module étant réalisé, avec au niveau de celle-ci une zone contrôle et visualisation (M1l) permettant l'intégration d'un module EPLD (circuit logique programmable électriquement), de part et d'autre des zones interfaces (M2) permettant l'adjonction d'entrées/sorties, et à l'extrémité des zones (M3) de connectique. -5- Calculateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque module est réalisé par symétrie à partir de sa partie médiane. -6Calculateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les modules entrées/sorties sont interchangeables en fonction de l'application du boîtier, cette interchangeabilité étant rendue possible par la structure du module et celle du premier étage du boîtier. -7- Calculateur selon les revendication 4, 5 et 6, caractérisé en ce que chaque module comprend un circuit imprimé (5) en appui sur un support (6) recevant, dans sa partie centrale, le circuit EPLD et, de part et d'autre de celui- ci, les fonctions entrées/sorties (7), près des extrémités étant disposé le support de connectique (8) avec des bords (9) débrochables, un -16 capotage (10) venant en appui et fixation sur les supports connectiques. -8- Calculateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque module présente différentes fonctions avec une auto-configuration des entrées/sorties, des diodes électro luminescentes de défauts, et une fonction de personnalisation. -9Calculateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que, dans sa fonction personnalisation, chaque module est pourvu d'un registre indiquant un numéro de série ou de client privilégié, et en ce que les modules de codages identiques sont les seuls compatibles entre eux et les seuls compatibles avec l'unité centrale pourvue de ce même registre. -10- Calculateur selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les modules peuvent assurer des fonctions complémentaires: - acquisition d'informations "tout ou rien" sans multiplexage - gestion de sortie "tout ou rien" à relais ou transistors, à entrées multiplexées, - à entrées analogiques, - en sorties analogiques, - à entrées codeur. -17 - -11- Calculateur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les modules permettant l'acquisition d'informations "tout ou rien" possèdent les fonctions complémentaires, calcul de l'état des contacts et/ou comptabilisation de temps d'activation. -12- Calculateur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les modules de sorties "tout ou rien" assurent notamment les fonctions comptabilisation de marche et/ou mutuelle exclusion. -13- Calculateur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le module d'entrées analogiques assure notamment les fonctions auto-scrutation des entrées et/ou barregraphe sur analogique et/ou détection de minima et maxima. -14- Calculateur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les modules de sorties analogiques incluent notamment les fonctions plafonnement des valeurs minimum et maximum, et/ou décalage programmable. -15- Calculateur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les modules d'entrées codeur incluent notamment les fonctions position, vitesse, accélération et sens, et/ou détection nombre d'impulsions par tour. - 18 - -16- Calculateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par l'embrochage en zone centrale du module sur la zone (Z4) de l'étage au niveau du bus de la carte imprimée.