Brevet FR2715239A1 — publié le 19950721

MODULE D'ENTREE/SORTIE POUR IUN BUS DE DONNEES La présente invention se rapporte à un module d'entrée-sortie pour un bus de données, tel qu'il est proposé, sous la dénomination de "bus de champ", par différents fabricants, en liaison avec des systèmes de processeurs spécifiques, des ordinateurs industriels, etc..., par exemple pour la commande, la visualisation, ou similaire, du déroulement de processus, de machines, d'installations et pour la technique des systèmes de communication dans le bâtiment. Le concept du "bus de champ" constitue un mode rationnel de câblage des machines et des installations, etc... Les modules d'entrée-sortie (modules E/S) sont équipés d'emplacement de connexion pour le câblage parallèle des participants individuels au bus, qui peuvent être des organes actifs, des capteurs et également d'autres appareils. Le câblage peut être réalisé selon chacune des techniques de raccordement souhaitées, par exemple selon la technique à un, à deux, à trois ou à quatre conducteurs. Pour les emplacements de connexion, il s'agit de connecteurs à application de force élastique, qui sont particulièrement simples à mettre en oeuvre, ou de connecteurs à vis. Les modules sont équipés d'une électronique d'entrée/sortie qui relie les participants raccordés aux emplacements de connexion des modules avec le conducteur sériel de bus de données, lequel peut être, par exemple, un simple conducteur à deux fils, ou bien également un câble à fibres optiques. En fait, ce conducteur ou câble de bus de données raccordé aux modules d'entrée/sortie, est constitué, en pratique la plupart du temps, par un bus auxiliaire propre qui présente la topologie d'un anneau et qui est couplé par un bus maître au bus de champ (bus lointain ou télé-bus). Le bus-maître commande les modules entrée/sortie individuels qui sont susceptibles d'être combinés les uns avec les autres en toutes séries de rangées souhaitées, et qui peuvent être disposés dans toutes les positions souhaitées sur l'anneau. Il est connu de monter ou fixer rigidement en position des modules d'entrée/sortie sur des rails de support du commerce. Il est également connu de réaliser automatiquement, en même temps que le processus de montage, la liaison vers le conducteur de bus de données, et vers les conducteurs d'alimentation en courant, qui alimente l'électronique d'entrée/sortie à la tension habituelle, d'environ 24 volts CC. A cet effet, sont montés, sur le fond des rails de support usuels en forme de chapeau, des plaques individuelles de circuits imprimés qui sont reliées les unes aux autres à ce qui est dénommé un rail d'alimentation. A côté des deux conducteurs pour l'alimentation en courant, sont disponibles localement, sur le rail d'alimentation, trois autres conducteurs pour le bus de données. La mise en contact des conducteurs est réalisée par des contacts à manchon qui sont montés rigidement, selon un écartement déterminé en réseau, sur le rail d'alimentation. Un tel rail d'alimentation, intégré dans le rail de support, augmente non seulement les frais d'approvisionnement et de montage pour la fixation sur le rail de support des modules d'entrée/sortie (les tronçons non utilisés des rails d'alimentation doivent être recouverts), mais en plus, il empêche également de les réaliser sous forme modulaire, car la largeur des modules d'entrée/sortie doit toujours être un multiple de l'écartement prédéterminé du réseau des contacts à manchon sur le rail d'alimentation. Le rail d'alimentation monté sur le fond du rail de support interdit également la fixation du rail de support lui- même sur une surface de montage ou similaire, car les passages de vis nécessaires à cet effet ne sont disponibles qu'à des emplacements tout à fait déterminés du rail d'alimentation, ce qui en pratique ne se trouve souvent pas correspondre aux données locales. Les inconvénients précités sont évités pour les autres modules d'entrée/sortie connus, qui sont susceptibles d'être montés sur des rails de support, du fait qu'on les fixe de façon soignée et efficace sur des rails de support du commerce non modifiés, et que l'on relie, de module à module, les conducteurs de bus de données ainsi que les conducteurs d'alimentation en courant pour l'électronique d'entrée/sortie, sous la forme d'un câble enfichable en bande plate. Cependant, ceci constitue pour l'utilisateur un travail de montage quelque peu compliqué et fastidieux et, de ce fait, le fabricant de ce système a pris la décision de ne proposer que des modules d'entrée/sortie très larges avec 16, 24 et 32 entrées ou sorties disposées les unes à côté des autres dans la direction des rails de support. Le caractère modulaire du système est ainsi perdu. L'objet de la présente invention est précisément de proposer des modules d'entrée/sortie présentant un caractère modulaire très développé et qui peuvent être montés de façon simple, sur des rails de support du commerce non modifiés, et dans lesquels cependant, on doit réaliser automatiquement, en même temps que le processus de montage, la liaison vers les conducteurs de bus de données et les conducteurs d'alimentation. Ce problème est résolu selon l'invention, du fait que chacun des modules d'entrée/sortie est réalisé sous la forme de connexions en rangées munies d'une électronique intégrée ou enfichable et qui, de façon connue en soi, sont susceptibles d'être verrouillées ou fixées sur le rail de support comme des connecteurs séparés ou à plusieurs en un groupe sous la forme d'un bloc de connexion (dénommés par la suite "connecteurs de bus"), qu'aussi bien les conducteurs de bus de données qu'également les conducteurs d'alimentation en courant pour l'électronique d'entrée/sortie sont intégrés dans les connecteurs de bus et sont traversés à force (avec friction) par ces connecteurs, et que chaque connecteur individuel de bus et chaque bloc de connecteurs de bus comporte, sur ses faces latérales, des contacts à pression vers les connecteurs voisins ou adjacents (ces contacts étant dénommés par la suite "contacts de bus"), de telle façon que les contacts de bus, au moment du montage des connecteurs de bus sur les rails de support, viennent en contact automatiquement les uns à la suite des autres dans la direction de la rangée avec les connecteurs de bus, et que les connecteurs de bus montés sur les rails de support soient reliés par un bus de connexion avec des bus de données traversants et des conducteurs traversants d'alimentation en courant. Les connecteurs de bus selon l'invention peuvent être montés sans problème sur un rail de support du commerce, et ils relient ainsi automatiquement un connecteur de bus à des conducteurs traversants de bus de données, et à des conducteurs traversants d'alimentation. Grâce à cette disposition, il n'est pas nécessaire, du côté de l'utilisateur, de réaliser un travail de montage supplémentaire. Le caractère modulaire des nouvaux connecteurs de bus est particulièrement élevé, car chaque connecteur individuel de bus ne constitue toujours qu'un composant d'entrée/sortie, et chacun d'entre eux comporte une électronique entrée/sortie qui lui est propre, et qui est montée dans le boîtier en matériau isolant des connecteurs individuels de bus. A cet effet, la largeur d'un tel connecteur de bus correspond à la largeur courante d'une rangée de connecteurs, et elle utilise la même technique habituelle de montage sur les rails de support pour les connecteurs de rangée, et la même technique de raccordement en ce qui concerne les emplacements de connexion pour le câblage des participants au bus. Le connecteur de bus selon l'invention constitue ainsi, en principe, un connecteur rangées tel qu'il est couramment proposé aux utilisateurs avec des travaux connus de montage et de câblage. -5 Ceci reste vrai lorsque deux, trois ou plusieurs des nouveaux connecteurs individuels de bus sont assemblés en un bloc de connecteurs de bus, ce qui, du côté du fabricant ou de l'utilisateur, peut être réalisé de telle façon qu'en pratique, on puisse utiliser un deuxième ou un troisième module, etc... en supplément au premier module, afin de monter un bus de connexion de longueur et de configuration déterminées, sur un rail support du commerce. Le bus de connexion peut être maintenu assemblé à l'aide de cornières d'extrémité fixées sur le rail de support, comme cela est connu pour les connecteurs en rangées. On est ainsi sûr que la pression de contact du contact de bus entre les connecteurs de bus ne fait pas glisser les uns par rapport aux autres les bus de connexion sur le rail de support. Dans le même but, un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention prévoit que les connecteurs de bus comportent, sur leur surface latérale, des parties en saillie avant et arrière correspondant aux connecteurs voisins, et qui, au moment de la mise en place des connecteurs de bus sur les rails de support, s'engagent mutuellement l'un dans l'autre, et qui relient rigidement, en résistant à la traction, mécaniquement l'un à l'autre, les connecteurs de bus dans la direction de la rangée des connecteurs. De telles parties en saillie, avant et arrière, peuvent être droites ou arquées, en fonction du déplacement de montage ou de fixation correspondant souhaité des connecteurs de bus sur le rail de support. Un autre perfectionnement de la structure et de la capacité de montage des connecteurs de bus selon l'invention est caractérisé en ce que l'alimentation en courant de puissance pour les participants raccordés aux emplacements de connecteurs de bus, est réalisée à l'aide de pontages de courant de puissance, -qui sont montés fixes sur les surfaces latérales de chaque connecteur de bus individuel et de chaque bloc de connecteurs de bus, et qui sont mis en contact les uns avec les autres automatiquement à la mise en place des connecteurs de bus sur le rail de support. De tels pontages de courant de puissance, disposés fixes et se fermant automatiquement, sont nouveaux et facilitent considérablement le montage d'un bus de connexion sur le rail de support. Selon un autre mode de réalisation, les pontages de courant de puissance se composent chacun d'une lame de contact et d'une fourchette de contact élastique, qui sont présentes alternativement sur les surfaces latérales des connecteurs de bus et qui, au montage des connecteurs de bus sur le rail de support, viennent en contact les unes avec les autres dans la direction transversale, c'est-à-dire que la lame de contact se déplace transversalement entre les deux branches en forme de U de la fourche élastique de contact. On est ainsi certain que, d'une part, entre la lame de contact et la fourche de contact, il existe une pression de contact élevée, et d'autre part, que cette pression de contact n'agit pas dans la direction de la rangée du bus de connexion, de telle sorte que la pression de contact élevée de l'organe de pressage de courant de puissance, n'a pas tendance à faire coulisser l'un par rapport à l'autre, le bus de connexion sur le rail de support. Selon un autre mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, on prévoit que les pontages de courant de puissance constituent la pièce d'extrémité inséré à travers les connecteurs individuels de bus et les blocs de connecteurs de bus, de telle sorte que chacun des pontages tombe entre les connecteurs de bus individuels d'un bloc de connecteurs de bus. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, dans-lequel: - la figure 1 représente, en perspective, deux blocs de connecteurs de bus selon l'invention; - les figures 2 et 3 représentent des sections fragmentaires à travers le bloc de connecteurs de bus; - les figures 4 et 5 représentent des coupes fragmentaires à travers le bloc de connecteurs de bus, selon la figure 1; - la figure 6 représente une coupe fragmentaire de détail se rapportant aux figures 2 et 4. - la figure 7 est une représentation de détail en perspective se rapportant aux figures 3 et 5. On a représenté, sur la figure 3, deux connecteurs de connecteurs de bus selon l'invention, qui se composent chacun de trois connecteurs individuels de bus, et qui constituent ainsi ce qui est dénommé un module à trois connecteurs. Chaque connecteur individuel de bus comporte une électronique d'entrée/sortie intégrée dans le boîtier en matériau isolant 8, et que l'on peut reconnaître à la figure 1 sous la forme d'une plaque de circuit imprimé équipée 9. Chaque plaque de circuit imprimé 9 porte des contacts de bus et est reliée électriquement aux contacts de bus qui sont prévus, sur l'une des surfaces latérales des connecteurs de bus sous la forme d'étriers à pression élastique 10, et sur la surface latérale opposée des connecteurs de bus sous la forme de branches de contact 11 disposées fixes (voir les figures 2 et 4). Sur la figures 6, les branches de contact 11 sont représentées en section transversale vue de dessus, et en correspondance aux étriers de contact 10 sur la face opposée du connecteur voisin. Ensemble, les connecteurs individuels de bus représentés (voir les figures 4 et 5) et les blocs de connecteurs de bus représentés (voir la figure 1 ainsi que les figures 2 et 3) comportent chacune et chacun six contacts de bus sur chaque surface latérale de leur boîtier en matériau isolant. Ceci correspond aux conducteurs intégrés dans les connecteurs de bus, et insérés dans ces connecteurs en les traversant, deux de ces conducteurs étant prévus pour l'alimentation en5 courant de l'électronique d'entrée/sortie sur la plaque de circuit imprimé correspondante 9 des connecteurs de bus, et les quatre conducteurs de bus restants constituant des conducteurs de bus de données (dans une topologie en forme d'anneau du bus de données, chacun des deux conducteurs de données servant dans l'une des directions et les deux autres conducteurs de données servant dans la direction opposée). On reconnaît bien sur les figures 2 et 4 la pénétration de ces conducteurs dans le bloc de connecteurs de bus, ainsi qu'à travers le connecteur individuel de bus. Dans le bloc de connecteurs de bus, on a prévu à cet effet des manchons de broches 12, de telle façon que l'on puisse assembler et verrouiller les connecteurs individuels en forme de disque, de la façon la plus simple, pour réaliser un module multiple déterminé à deux, à trois ou à davantage d'éléments. On a prévu à cet effet également les moyens de verrouillage à tête 13 du boîtier en matériau isolant. Les pattes de fermeture correspondantes en matériau isolant 14 constituent la fermeture de chaque connecteur individuel de bus, et de chaque bloc de connecteurs de bus (voir les figures 2 et 4). Les figures 3, 5 et 7 mettent en évidence la structure et l'agencement des pontages de courant de puissance, se composant chacun d'une lame de contact 15 et d'une fourchette élastique de contact 16, qui forment les pièces d'extrémité d'un rail plat en forme de barre 17, qui traverse le connecteur individuel de bus (figure 5) et les blocs de connecteurs de bus (figure 3). Comme le montre la figure 1, les pontages de courant de puissance , 16, sont disposés à distance suffisante par rapport aux contacts de bus 10, 11, car ils servent pour l'alimentation en courant de puissance des participants (organes actifs, capteurs, appareils) raccordés aux emplacements de connexion des connecteurs de bus, et ils peuvent transmettre un potentiel de tension sensiblement plus élevé que les contacts de bus. Les emplacements de connexion pour le câblage parallèle des participants de bus sont accessibles par le haut, comme le montre la figure 1. Dans cet exemple de mode de réalisation, sont prévus pour chaque participant une connexion de signalisation 18, une connexion (+) 19, et une connexion (-) 20 et une connexion de conducteurs de protection 21. Chaque emplacement de connexion est réalisé de façon connue sous la forme d'une borne à serrage par force élastique 22, et ne nécessite en conséquence aucune description complémentaire. Au-dessus de la connexion de signalisation, sont prévues des diodes lumineuses 23, qui indiquent la situation entrée/sortie et, le cas échéant, les défaillances. On peut également voir, sur les figures 3 et 5, ainsi que sur la figure 1, que les connecteurs de bus comportent, sur leur surface latérale, des parties en saillie correspondantes avant et arrière 24, 25 qui, à la mise en place ou au montage des connecteurs de bus sur le rail de support, viennent en contact les unes avec les autres et relient mécaniquement l'une à l'autre en résistant à la traction, les connecteurs de bus selon la direction d'une rangée. Bien entendu, la présente invention n'est pas limité aux modes de réalisation décrits et représentés, et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Module d'entrée/sortie pour un bus de données, qui est susceptible d'être monté avec d'autres juxtaposés les uns aux autres sur un rail de support, muni d'emplacements de connexion pour les liaisons parallèles par fil des participants du bus (organes actifs, capteurs, appareils) et d'une électronique qui relie des participants au conducteur de bus sériel de données, caractérisé en ce que chacun des modules d'entrée/sortie est réalisé sous la forme de connexions en rangées munies d'une électronique intégrée ou enfichable et qui, de façon connue en soi, sont susceptibles d'être verrouillées ou fixées sur le rail de support comme des connecteurs séparés ou à plusieurs en un groupe sous la forme d'un bloc de connexion (dénommés par la suite "connecteurs de bus"), en ce qu'aussi bien les conducteurs de bus de données, qu'également les conducteurs d'alimentation en courant, pour l'électronique d'entrée/sortie sont intégrés dans les connecteurs de bus et sont traversés à force (avec friction) par ces connecteurs, et en ce que chaque connecteur individuel de bus et chaque bloc de connecteurs de bus comporte, sur ses faces latérales, des contacts à pression (10, 11) vers les connecteurs voisins (ces contacts étant dénommés par la suite contacts de bus), de telle façon que les contacts de bus, au moment du montage des connecteurs de bus sur le rail de support, viennent en contact automatiquement les uns à la suite des autres, dans la direction de la rangée avec les connecteurs de bus, et que les connecteurs de bus montés sur le rail de support soient reliés par un bus de connexion avec des bus de données traversants et des conducteurs traversants d'alimentation en courant. 2.- Module d'entrée/sortie selon la revendication 1, caractérisé en ce que les connecteurs de bus comportent, sur leur surface latérale, des parties en saillie avant et arrière (24, 25), correspondant aux connecteurs voisins qui, au moment de la mise en place des il connecteurs de bus sur le rail de support, s'engagent mutuellement l'une dans l'autre, et qui, en résistant à la traction, relient rigidement et mécaniquement l'un à l'autre les connecteurs de bus dans la direction de la rangée des connecteurs. 3.- Module d'entrée/sortie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'alimentation en courant de puissance pour les participants raccordés aux emplacements de connexion (19, 20) des connecteurs de bus, est réalisée à l'aide de pontages de courant de puissance (15, 16) qui sont montés fixes sur les surfaces latérales de chaque connecteur de bus individuel et de chaque bloc de connecteurs de bus, et qui sont mis en contact les uns avec les autres automatiquement à la mise en place des connecteurs de bus sur le rail de support. 4.- Module d'entrée/sortie selon la revendication 3, caractérisé en ce que les pontages de courant de puissance se composent chacun d'une lame de contact (15) et d'une fourchette de contact élastique (16) qui sont présentes alternativement sur les surfaces latérales des connecteurs de bus, et qui, au montage des connecteurs de bus sur le rail de support, viennent en contact les unes avec les autres dans la direction transversale. 5.- Module d'entrée/sortie selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les pontages de courant de puissance constituent les pièces d'extrémités (15, 16) d'un rail plat en forme de barre (17) qui est inséré à travers les connecteurs individuels de bus et les blocs de connecteurs de bus.