Brevet FR2725316A1 — publié le 19960405

CIRCUIT D'AUTOSURVEILLANCE, NOTAMMENT D'APPAREILLAGE ELECTRIQUE ET EN PARTICULIER DE DISJONCTEUR HAUTE TENSION A SF6 La présente invention est relative à un circuit d'autosurveillance d'appareillage, notamment d'appareillage électrique tel qu'un disjoncteur haute tension à SF6. Cet exmple d'application de l'invention est décrit dans la suite, mais il faut bien comprendre que l'invention peut s'appliquer à la surveillance de tout appareillage dans10 lequel des paramètres d'utilisation ou de fonctionnement peuvent être modifiés. Le Demandeur a décrit, dans le document CIGRE, Session 1994, 28 août-3 septembre, sous le titre: "Introduction de l'électronique numérique dans les auxiliaires de l'appareilage et amélioration de la fiabilité", par E. Thuries, G. Ebersohl, J.-P. Dupraz, O. Chetay et J.-P. Moncorgé, un circuit d'autosurveillance et de contrôle d'un disjoncteur à haute tension dont les principes sont rappelés ci-après. Le circuit comprend un niveau zéro représenté dans la figure 1. Il comprend des transducteurs pour la surveillance des paramètres de fonctionnement de l'appareil et en particulier: - pour chaque pôle du disjoncteur, un transducteur CAO indiquant que le pôle est en position ouverte, - pour chaque pôle du disjoncteur, un transducteur CAF indiquant que le pôle est en position fermée, - pour chaque pôle, un transducteur SF6 fournissant la valeur de la pression du gaz d'isolement SF6 dans le pôle, - un transducteur P indiquant la pression d'huile dans la commande du disjoncteur - pour chaque pôle, un transducteur U élaborant, à partir de la mesure du courant dans le pôle par un transformateur d'intensité TI, une indication permettant l'évaluation de l'usure du pôle.35 Les données de tous ces transducteurs sont adressées à un système multiprocesseur SMP, constituant une base de données réparties locale; le système SMP reçoit par ailleurs les ordres de fermeture et d'ouverture de la part des automates et des protections situées au niveau 1, et représentés dans la figure par le rectangle PRA. 5 Le système SMP converse avec l'étage PRA à travers un microcontrôleur MBD, dit microcontrôleur de bornier déporté, puisqu'il est localisé à distance du disjoncteur à surveiller. Le microcontrôleur MBD constitue une base de données qui est la réplique de la base de données du système10 SMP. La liaison entre le microcontrôleur MBD et le système SMP se fait par des liaisons à fibres optiques, exemptes de perturbations électromagnétiques. L'étage PRA peut être relié au microcontrôleur MBD par de différentes façons suivant que l'architecture du contrôle-commande du poste est conventionnel ou numérique. Dans le premier cas, des liaisons parallèles, de préférence à fibres optiques, permettent la transmission des ordres d'ouverture et de fermeture O/F, les signalisations SIG et l'accès à la base de données. Dans le deuxième cas, les mêmes échanges sont possibles, soit par une liaison optique série bi- directionnelle, soit, encore mieux par accès direct à la mémoire double entrée contenant la base de données.25 Le rôle du circuit SMP est le suivant: - réaliser le pilotage correct des bobines de fermeture (BF) et d'ouverture (BO), sans aucun contact conventionnel dans la chaîne, à l'aide des interrupteurs statiques (ISF et ISO respectivement),30 élaborer des informations de position du disjoncteur avec un très haut degré de sécurité, grâce à un algorithme qui exploite notamment les redondances entres les transducteurs CAO et CAF, ainsi que les informations de discordance éventuelle,35 - assurer une réouverture automatique des trois pôles en cas de discordance à la fermeture, assurer pour chacune des manoeuvres le chronométrage des deux durées caractéristiques, à savoir la durée entre la réception de l'ordre et le départ de la position initiale et la durée entre le départ de la position initiale et 5 l'arrivée dans la position finale, - assurer le pilotage de regonflage de la commande hydraulique, au moyen d'une pompe P et également par des circuits dénués de tout contact conventionnel, grâce notamment à un interrupteur statique ISP,10 - élaborer signalisations, alarmes et verrouillages pour toute défaillance constatée lors des autotests générés par le circuit SMP, tant pour les transducteurs que pour les circuits de la commande hydraulique. La figure 2 est un schéma bloc du système multiprocesseur SMP. Le système est constitué de plusieurs microcontrôleurs constituant chacun autant de bases de données et qui assurent, en plus de leurs logiciels applicatifs particuliers, le logiciel de communication avec un réseau20 local RL, permettant d'assurer la gestion de la base de données réparties, rafraîchies périodiquement et garantissant notamment le dépôt simultané d'une même donnée dans chacunes de bases de données ditribuées. Un tel réseau local a été décrit dans le document FR-A 92 06 921.25 Trois microcontrôleurs Sl, S2, S3, (stations n 1, 2 et 3), associés aux transducteurs de positions CAO et CAF de chacune des phases A, B et C du disjoncteur, assurent: - l'autotest périodique des transducteurs de positions, la détermination de la position du pôle à l'état de veille et lors des manoeuvres, - la commande adéquate des bobines BF et BO par l'intermédiaire des interrupteurs statiques ISF et ISO à partir des ordres acquis dans le microcontrôleur de bornier déporté MBD,35 l'autosurveillance permanente des circuits de commande, incluant les interrupteurs statiques ISF et IS0, - le chronométrage des durées de fonctionnement des pôles lors des manoeuvres, - le dépôt de toutes les informations précédentes dans la base de données réparties. Le microcontrôleur MBD (station n 0, interface) a les principales fonctions suivantes: - acquisition, à partir du niveau 1, des ordres d'ouverture et de fermeture et de dépôt des ces infirmations dans la base de données, et par conséquent vers les10 stations, - détermination de la position du disjoncteur à partir des informations produites par les microcontrôleurs associés aux phases (Si, S2 et S3), - automatisme de discordance de position des pôles, - élaboration et signalisation des alarmes lorsque des défaillances sont constatées, tant au niveau des autotests que sur positions anormales des pôles, - élaboration d'une alarme signalant une défaillance de l'une des stations ou du réseau local. Un microcontrôleur S7 (station N 7) est affecté à la surveillance mécanique et exploite les données temporelles élaborées par les microcontrôleurs Si à S3. Ces données sont accessibles dans sa base de données et permettent de surveiller:25 - la durée maximum d'opération d'ouverture ou de fermeture de chaque pôle, - les vitesses moyennes des contacts primaires, - les éventuelles désynchronisation des pôles, - le comptage des opérations de chaque pôle. Les anomalies fonctionnelles sont codifiées et stockées en vue d'une analyse a posteriori du comportement du disjoncteur. Deux microcontrôleurs S5 et S6 (stations n 5 et n 6) surveillent respectivement, pour chaque pôle, l'usure électrique des contacts et la densité du gaz d'isolement SF6. Pour cela, la station n 5 reçoit, dans sa base de données, les informations relatives aux ordres d'ouverture et de fermeture; cette station, en retour, fournit l'information "usure électrique". 5 La station n 6 enrichit la base de données répartie des données SF6 relatives à chaque pôle. Les stations Si à S3 ont ainsi accès à l'information qui leur est propre et peuvent adopter la stratégie correspondante lorsqu'elles reçoivent un ordre.10 Un microcontrôleur GR assure la gestion du réseau local RL en désignant, au sein de ses trames, quelles sont les stations consommatrices et/ou productrices de telle ou telle donnée, au rythme de la périodicité de rafraîchissement de chaque donnée de la base de données15 réparties. Une carte spéciale TB, appelée translateur de bus, permet le passage d'un bus filaire à des bus optiques BO. Le bus filaire en cuivre, pour des raisons de compatibilité électromagnétique, est ainsi confiné rigoureusement dans le rack électronique, les liaisons optiques évitant l'introduction de perturbations extérieures. Un microcontrôleur S4 (station n 4) assure la passerelle logicielle entre le réseau RL et une liaison série LS vers le microordinateur du niveau 1, qui est de25 préférence du type PC (personal computer) et qui sera désigné dans la suite par PC. Cette liaison permet, à des fins de maintenance, de constituer une interface homme-machine pour acccéder, en lecture, aux informations contenues dans la base de données30 réparties. Un but de l'invention est d'agencer cette station et sa programmation de manière à permettre de modifier, par le PC local ou à distance, des seuils de fonctionnement du système (alarmes SF6 par exemple).35 L'invention a pour objet un circuit d'autosurveillance d'appareillage comprenant une pluralités de transducteurs pour la mesure des paramètres de fonctionnement dudit appareillage, lesdits transducteurs de mesure fournissant des données à un système multiprocesseur comprenant des stations reliées par un réseau local sous la 5 commande d'un gestionnaire de réseau et constituant une base de données réparties rafraîchies avec des périodicités données, le système pouvant recevoir des instructions d'un niveau supérieur et lui fournir des réponses, ledit niveau supérieur comprenant un ordinateur relié par une liaison10 série à une passerelle elle-même reliée audit réseau, caractérisé en ce que ladite passerelle est un microcontrôleur appelé terminal et relié audit réseau, ledit terminal dialoguant avec les stations par l'intermédiaire de boîtes aux lettres constituées par des zones de mémoire15 déterminées desdites stations et dudit terminal, lesdites boîtes aux lettres permettant la constitution de messages. Avantageusement, le terminal est configuré pour être puits de toutes les données de la base de données réparties et source de messages concernant des demandes de20 transaction. Les demandes de transaction peuvent être des demandes de lecture d'un paramètre en mémoire dans une station donnée du système ou l'inscription d'une nouvelle valeur d'un paramètre à une adresse déterminée d'une mémoire d'une25 station donnée. Une demande d'inscription d'un nouveau paramètre est constitué de deux mots émis par le terminal et comprenant chacun deux octets, le premier indiquant la nature de la transaction, le numéro de la station destinataire et le30 numéro de page et l'index de la mémoire o le nouveau paramètre doit être rangé, le second mot comportant la valeur du nouveau paramètre formaté sur 14 bits, deux bits étant utilisés pour la vérification de la transaction. Une demande de lecture comprend un mot émis par le terminal formaté sur deux octets et indiquant la nature de la transaction, le numéro de la station destinataire et le numéro de page et l'index de la mémoire o le paramètre doit être recherché, la réponse de la station sollicitée étant constituée d'un mot de deux octets comportant la valeur du paramètre lu à l'adresse indiquée, ledit mot étant formaté sur 14 bits, deux bits étant utilisés pour la vérification de la transaction. L'invention a également pour objet un appareillage électrique caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'autosurveillance comme indiqué plus haut. L'invention a également pour objet un disjoncteur à haute tension à SF6, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'auto-surveillance selon l'une des revendications 1 à 5. L'invention est maintenant expliquée en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est un schéma d'un circuit de contrôle et d'autosurveillance d'un disjoncteur, selon l'art connu, - la figure 2 est un schéma bloc du système multiprocesseur faisant parttie du circuit de la figure 1. La station n 4, appelée aussi terminal, contient, comme toutes les autres stations du système microprocesseur, une base de données. Les données sont constituées de deux octets et sont rangées à des adresses (page et index dans la page) bien déterminées. Les données sont classées en deux25 types: - les données périodiques rafraîchies cycliquement en permanence par les trames émises par le gestionnaire de réseau GR. Elles doivent donc être présentées continuellement par la station productrice.30 - les données apériodiques correspondant généralement à des seuils de surveillance, et dont les modifications, et par conséquent les acquisitions, sont très exceptionnelles et réalisées depuis la station n 4. Cez données ne sont donc présentées à la station réceptrice qu'au moment de leur35 modification. Les données de chacun de ces types occupent deux zones bien distinctes dans la base de données: une zone dite "0" pour les données périodiques et une zone dite "1" pour les données périodiques. 5 Pour les besoins du problème, qui est de recevoir des autres stations ou de transmettre à d'autres stations des messages relatifs à des changement des valeurs de seuil de certaines données apériodiques, il est prévu dans la station 4, de réserver deux zones de mémoires en zone "0", appelées boîtes aux lettres, ayant chacune une dimension de deux octets, référencées dans la suite par BALl et BAL2. Ces boîtes aux lettres occupent par exemple, dans la page 0 de la mémoire, pour BALl les index FCh et FDh (en numérotation hexadécimale) et, pour BAL2, les index FEh et FFh. Il est15 prévu également de réserver, dans la base de données de la station 4, en zone "0", i zones de mémoire ayant deux octets chacune, i étant le numéro des stations du système multiprocesseur, ces zones étant référencées BAL3i et localisées par exemple de sorte que l'index du premier octet20 soit ECh+2i, le second octet étant à l'index EDh+2i. On note que le gestionnaire de réseau GR désigne la station n 4 comme productrice (ou source) des données contenues dans les mémoires BALi et BAL2, les autres stations étant consommatrices (ou puits) de ces données. En25 outre, la station n 4 est puits pout toutes les données de la base de données réparties. Pour les données des mémoires BAL3i, chacune de ces mémoires BAL est rattachée à la station i correspondante, de sorte qu'une station i est configurée comme source du30 contenu de sa mémoire BAL3i, mais par contre, seule la station n 4 en est puits et reçoit donc le contenu de toutes les mémoires BAL3i. La mémoire BALl concerne une demande de transaction par le PC. Par transaction on désigne soit une demande de lecture d'un paramètre, soit une demande d'écriture d'une nouvelle valeur d'un paramètre. On a représenté ci-dessous une mémoire BAL 1, comprenant deux octets DO à D7 aux adresses FCh et FDh respectivement: BALl (demande de transaction) D7 D6 D5 D4 D3 D2 Di DO FCh nature opération * n page mémoire * n station sollicitée FDh adresse (index paramètre dans la page) Les deux bits D7 et D6 du premier octet sont affectés à la nature de l'opération selon le codage suivant: Nature de l'opération D7 D6 néant (pas d'opération) 0 0 demande d'écriture de paramètre 1 0 demande de lecture de paramètre 0 1 Ces deux bits "nature de l'opération" sont destinés au dialogue entre le processeur de communication de la station 4 et la station sollicitée. Le numéro de la station sollicitée est désignée par les bits DO à D2 du premier octet et le numéro de la page de la mémoire de la station concernée par la transaction est désignée par les bits D3 à D5 du premier octet. Le contenu du deuxième octet sert à désigner l'index dans la page de la mémoire de la station sollicitée. Ainsi, si l'on veut écrire une information à l'index 43 de la page 3 de la mémoire de la station n 5, le mot "demande de transaction" sera ainsi libellé: 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 La mémoire BAL2 sert à inscrire le nouveau paramètre à inscrire, ci- après désigné "data du PC"; ce paramètre est formaté sur 14 octets, les octets marqués x dans le schéma35 ci-dessous, les bits D6 et D7 du deuxième octet étant réservés au protocole, comme on le verra plus loin. D7 D6 * D5 D4 D3 * D2 D1 DO BAL2 x x x x x x x x (data du PC) x x x x x x Le dispositif fonctionne de la manière suivante: Cas d'une demande de modification d'un paramètre Si un utilisateur, lors d'une visite de maintenance par exemple, est autorisé à changer un paramètre, il commence par écrire le nouveau paramètre dans le mot data du PC (BAL2), puis met à jour le mot "demande de transaction" (BALl) comme il a été expliqué plus haut. Les mots BALl ET BAL2 étant en zone "0" sont des données apériodiques et comme telles sont envoyés aux stations par l'intermédiaire du réseau local et sous le contrôle du gestionnaire de réseau GR. Les stations détectent simultanément la demande d'écriture par les valeurs respectives "1" et "0" des bits D6 et D7 du premier octet du premier mot; une seule station se reconnaît par son20 adresse codées par les les bits DO à D2 du premier octet du premier mot; cette station inscrit dans la page et à l'index prescrits le nouveau paramètre lu dans BAL2 et conjointement le remet dans sa BAL3i pour un contrôle par la station n 4. Les 14 bits du nouveau paramètre sont ainsi rangés dans25 BAL3i, ainsi que, pour les bits D6 et D7 du deuxième octet de BAL3i (appelés aussi "nature data"), les bits selon la table ci-après: Nature data D7 D6 Donnée invalide 0 0 Nouveau paramètre bien reçu 1 0 Le paramètre demandé en lecture est valide 0 1 Dans le cas présent d'une demande d'écriture, c'est bien entendu les bits D7 = 1 D6 = 0 qui seront inscrits dans BAL3i si le système a bien fonctionné. Le message BAL3i ("réponse transaction station i) est reçu par la station n 4 qui remet alors les bits "nature opération" (D7 et D6 de l'index FCh) à "00", indiquant ainsi qu'il n'y a plus de transaction en cours, puis la station 5 sollicitée remet "nature data" à "00"; de même, les stations non sollicitées garderont les bits "nature data" à "00", indiquant que les données "réponse transaction" sont invalides. 2 Cas d'une demande de lecture de paramètre Quand l'utilisateur désire lire une donnée apériodique dans une page de la zone "1" contenant les paramètres, on indique en FDh dans BAL2 l'index du paramètre que l'on veut lire et on établit le mot "demande de transaction" (index FCh) dans BALl comme suit:15 - les bits D2DlD0 indiquent le numéro de la station sollicitée (exemple:"110" pour la station 6), - les bits D5D4D3 indiquent le numéro de page mémoire (exemple: "001" pour la page 1), -les bits D7D6 indiquent la nature de l'opération: ici, c'est une demande de lecture, donc DlD0 sont positionnés à "01". Le message transmis par le réseau est lu par toutes les stations; seule, la station sollicitée se reconnaît et fournit la réponse dans les mots "réponse transaction i"25 dont l'index du premier octet est égal à ECh+2i, comme indiqué ci-dessous o les y représentent le paramètre codé en 14 bits. Les bits D7 et D6 du deuxième octet sont codés en "01" pour indiquer à la station 4 que la donnée sur 14 bits qu'elle contient est valide.30 D7 D6 D5 D4 D3 D2 Dl DO BAL3 ECh+2i y y y y y y y y rép. transaction i EDh+2i 1 0 y y y y y y Quand la station sollicitée a répondu, la station 4, après avoir vérifié dans BAL3i la validité de la donnée reçue en réponse à sa demande, remet "nature opération" (DlD0 de l'index FCh) à "00", indiquant ainsi qu'il n'y a plus de transaction en cours, puis la station sollicitée ( n 6 dans l'exemple choisi) remet "nature data" à "00"; de même les stations non sollicitées garderont les bits nature data" à "00" indiquant que les données "réponse transaction" 5 sont invalides. 3 Extension de l'utilisation des Boîtes aux lettres Le PC peut demander aussi des acquittements de défaut ou des téléactions en déposant sa demande dans BAL1. L'index en FDh sera exploité par les stations concernées.10 On conçoit également que les données écrites, par des transactions successives via le PC, en local ou à distance, permettent le téléchargement en zone "1" de données correspondant à du code binaire et par conséquent exécutables par le microcontrôleur applicatif de la station.15 Celui-ci, par une commande appropriée, toujours via le PC, peut ainsi exécuter de courts programmes de test ou de diagnostic. L'invention n'est pas limitée à la commande d'un disjoncteur. Elle s'applique mutatis mutandis à tous les appareillages, électriques ou non, comprenant des capteurs ou transducteurs de mesure fournissant des données à un système multiprocesseur comprenant des stations reliées en réseau sous la commande d'un gestionnaire de réseau et constituant une base de données réparties rafraîchies avec25 des périodicités données, le réseau pouvant recevoir en outre des instructions ou consignes d'un niveau supérieur. L'invention permet l'autosurveillance des appareillages, notamment électriques, et en particulier des disjoncteurs, ce qui permet par exemple d'exécuter une30 maintenance prédictive et de fonctionner en mode dégradé entre deux maintenances effectives. REVENDICATIONS 1/ Circuit d'autosurveillance d'appareillage comprenant une pluralités de transducteurs pour la mesure des paramètres de fonctionnement dudit appareillage, lesdits transducteurs de 5 mesure fournissant des données à un système multiprocesseur comprenant des stations reliées par un réseau local sous la commande d'un gestionnaire de réseau et constituant une base de données réparties rafraîchies avec des périodicités données, le système pouvant recevoir des instructions d'un10 niveau supérieur et lui fournir des réponses, ledit niveau supérieur comprenant un ordinateur relié par une liaison série à une passerelle elle-même reliée audit réseau, caractérisé en ce que ladite passerelle est un microcontrôleur (S4) appelé terminal et relié audit réseau15 (RL), ledit terminal dialoguant avec les stations (S1, S2, S3, S5, S6) par l'intermédiaire de boîtes aux lettres (BAL1, BAL2, BAL3) constituées par des zones de mémoire déterminées desdites stations et dudit terminal, lesdites boîtes aux lettres permettant la constitution de messages.20 2/ Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le terminal est configuré pour être puits de toutes les données de la base de données réparties et source de messages concernant des demandes de transaction. 3/ Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que les demandes de transaction peuvent être des demandes de lecture d'un paramètre en mémoire dans une station donnée du système ou l'inscription d'une nouvelle valeur d'un paramètre à une adresse déterminée d'une mémoire d'une station donnée.30 4/ Circuit selon la revendication 3 caractérisé en ce que une demande d'inscription d'un nouveau paramètre est constitué de deux mots émis par le terminal et comprenant chacun deux octets, le premier (BALl) indiquant la nature de la transaction, le numéro de la station destinataire et le35 numéro de page et l'index de la mémoire o le nouveau paramètre doit être rangé, le second mot (BAL2) comportant la valeur du nouveau paramètre formaté sur 14 bits, deux bits étant utilisés pour la vérification de la transaction. 5/ Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une demande de lecture comprend un mot émis par le terminal (BAL1) formaté sur deux octets et indiquant la nature de la transaction, le numéro de la station destinataire et le numéro de page et l'index de la mémoire o le paramètre doit être recherché, la réponse de la station sollicitée étant constituée d'un mot de deux octets10 (BAL3i) comportant la valeur du paramètre lu à l'adresse indiquée, ledit mot étant formaté sur 14 bits, deux bits étant utilisés pour la vérification de la transaction. 6/ Appareillage électrique caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'auto-surveillance selon l'une des revendications 1 à 5. 7/ Disjoncteur à haute tension à SF6, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'auto-surveillance selon l'une des revendications 1 à 5.