Brevet FR2755312A1 — publié le 19980430

La présente invention se rapporte à un dispositif d'arrêt de transmission d'informations sur un bus de terrain, plus particulièrement un bus de terrain à bas niveau de type ASI (initiales de Actuator Sensor Interface) destiné à interfacer des capteurs et des actionneurs, notamment en réponse à une détection de défaut sur le bus ou les organes qui lui sont raccordés. Le bus ou réseau ASI est utilisé pour raccorder des capteurs et des actionneurs binaires à un cerveau de commande, tel qu'un automate programmable. II comprend un support de transmission de données et d'alimentation constitué d'un câble à deux fils, des circuits d'interface esclaves qui sont connectés au câble et associés aux capteurs et actionneurs, et un circuit d'interface maître qui est connecté au câble et associé au cerveau de commande et gère les échanges de données avec les capteurs et les actionneurs. Les termes "bus" et "réseau" ont une signification identique dans la présente description. L'alimentation des capteurs et actionneurs, lorsqu'elle ne demande pas d'être trop puissante, est assurée par une source de tension continue couplée au câble. En aval de la source d'alimentation et en amont du circuit maître et des circuits esclaves est disposé un circuit de découplage comportant deux couples de composants électriques placés en série avec les deux fils respectifs du bus, chaque couple étant constitué d'un résistance et d'une inductance en parallèle. Les signaux d'informations émis par l'émetteur esclave au maître et vers le destinataire maître aux esclaves transitent par le câble. Ils sont générés par l'émetteur sous forme d'impulsions de courant à une fréquence donnée qui sont transformées, grâce aux inductances du circuit de découplage, en impulsions de tension aptes à être décodées par le destinataire. En cas d'apparition d'un défaut d'isolement sur un élément du réseau ASI, celui-ci est détecté par un contrôleur d'isolement de type connu qui communique l'événement à l'automate qui, à son tour, commande au maître de ne plus envoyer d'informations aux esclaves. Cependant, le temps de réponse consécutif à la détection de défaut est long en raison du passage obligé par l'automate, ce qui présente un inconvénient non négligeable lorsqu'il est nécessaire d'arrêter rapidement les informations destinées à être reçues par les esclaves suite à la détection d'un défaut important, tel qu'un défaut de terre, pour assurer la sécurité des utilisateurs et'ou la sécurité des opérations à réaliser par les actionneurs. En outre, le temps de réponse est proprement lié à l'utilisation du contrôleur d'isolement qui effectue une détection de défaut en une période bien trop longue, d'environ 120 ms, alors qu'il ne faut environ que 5 ms au maître pour communiquer ses informations. Par ailleurs, I'arrêt de l'acheminement des informations sur le bus est réalisé en coupant l'alimentation sur le bus, ce qui nécessite toutefois des dispositifs interrupteurs aptes à couper une forte intensité. De plus, l'interruption de l'alimentation ne permet plus de s'assurer de l'état de fonctionnement des capteurs et actionneurs. L'invention a par conséquent pour but de faire cesser rapidement sur un bus de terrain à bas niveau utilisant un câble non blindé une transmission d'informations entre le maître et les esclaves en réponse à une détection de défaut, tout en conservant sur le bus une tension de polarisation pour assurer l'alimentatidn des capteurs et actionneurs du réseau. Elle se propose également de détecter un défaut, en particulier un défaut de terre, en un temps inférieur au temps de cycle du circuit maître. Selon l'invention, le bus présente un dispositif d'arrêt disposé au voisinage du circuit de découplage de manière à court-circuiter celui-ci. Selon une caractéristique, le dispositif d'arrêt comprend, en parallèle à au moins une inductance du circuit de découplage, un composant électrique, de préférence un condensateur, qui est en série avec un organe interrupteur normalement ouvert et présente une impédance inférieure à l'impédance équivalente d'un couple de composants du circuit de découplage. Selon une autre caractéristique, le dispositif d'arrêt comprend un condensateur qui est disposé en série avec un organe interrupteur normalement ouvert entre les deux fils du bus et en aval du circuit de découplage par rapport à la source de tension. Selon une autre caractéristique, il est associé au dispositif d'arrêt un dispositif détection de défaut de terre comprenant un pont de résistances qui est disposé entre les deux fils du bus et présente deux points de connexion symétriques, ainsi que deux comparateurs qui sont munis chacun de deux entrées, I'une connectée à la terre et l'autre reliée à un des points respectifs de connexion du pont, et d'une sortie reliée à l'organe interrupteur. La description faite ci-après en regard des dessins fera ressortir les caractéristiques et avantages de l'invention. Aux dessins annexés: - la figure 1 illustre un réseau ASI comprenant un dispositif d'arrêt de transmission d'informations selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 représente un second mode de réalisation; - la figure 3 illustre un dispositif de détection de défaut de terre associé au réseau ASI de la figure 1. Au bus ou réseau de terrain B de type AS1 (initiales de Actuator Sensor Interface), illustré aux figures I à 3, sont physiquement connectés un circuit maître M et des circuits esclaves EN ci-après désignés maître et "esclaves". Le maître M est associé à un cerveau de commande non représenté, tel qu'un automate programmable, ou un bus de niveau supérieur, et les esclaves E1 et EN sont associés à des capteurs et actionneurs non représentés qui sont destinés à échanger des données avec le cerveau de commande, I'échange de données étant organisé par le maître. Le bus B permet de véhiculer des signaux d'informations entre le maître M et les esclaves EN. Son support est constitué d'un câble non blindé à deux fils a et b de polarité opposée. Le bus B est relié en amont à une source de tension continue S d'environ 30 Volts, les fils a et b du bus étant respectivement connectés aux pôles positif et négatif de la source S. La source S permet d'alimenter via le câble les capteurs et actionneurs. Toutefois, lorsque les capteurs et actionneurs nécessitent une grande puissance de fonctionnement, il est nécessaire de les alimenter directement sans passer par le réseau. Le maître M communique successivement avec les esclaves EN en interrogeant périodiquement chacun d'entre eux sous forme d'un signal de requête comprenant son adresse et des informations, auquel chacun répond sous forme d'un signal de réponse comprenant des informations. Les signaux de requête et de réponse, nommés par la suite signaux d'informations, sont émis sur le bus B par le maître M et les esclaves EN SOUS forme d'impulsions de courant à une fréquence f de 167 kHz Les impulsions de courant sont transformées sur le bus, grâce à un circuit de découplage 10, en des impulsions de tension qui sont aptes à être décodées par le destinataire associé, le maître ou un esclave. Le circuit de découplage 10 est disposé entre la source S et le maître M et les esclaves EN. Il est constitué de deux couples de composants électriques Il et 12 qui sont disposés en série sur les deux fils respectifs a et b du bus B et comprennent chacun en parallèle une résistance R et une inductance L. Les inductances L permettent de convertir les impulsions de courant émises par le maître M ou les esclaves EN en impulsions de tension. Les résistances R permettent d'éviter une atténuation des signaux d'informations. Par ailleurs, deux condensateurs C de même capacité ainsi que deux résistances R' de même impédance sont placés respectivement en série entre les deux fils a et b du bus B et en amont du circuit de découplage 10. Les condensateurs C permettent de réduire symétriquement le bruit sur les deux fils du bus. Le point milieu des deux résistances R' est relié à la terre pour réaliser une polarisation symétrique sur les deux fils du bus? Un dispositif d'arrêt 20 de transmission des signaux d'informations est associé localement au réseau et plus particulièrement disposé au voisinage du circuit de découplage 10. Le dispositif 20 permet d'inhiber la communication entre le maître M et les esclaves EN en cas de détection de défaut sur le bus ou les organes qui lui sont raccordés. Sa disposition locale permet de bloquer la transmission des signaux d'informations quasi-instantanément sans nécessiter, comme c'est le cas dans l'état de l'art, un certain temps de réponse en raison notamment de l'envoi de l'information de détection de défaut à l'automate qui commande ensuite au maître d'arrêter toute communication avec les esclaves. Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 1, le dispositif d'arrêt 20 comprend, en parallèle à au moins un couple Il ou 12 du circuit de découplage 10, un composant électrique 13 et un organe interrupteur K1 normalement ouvert et disposé en série avec le composant électrique 13. Le composant électrique 13 présente une impédance Z1 faible par rapport à l'impédance équivalente Ze de chaque couple 11 et 12 de manière à obtenir une impédance équivalente totale des impédances Z1 et Ze mises en parallèle très faible à la fréquence f lorsque l'organe K1 est fermé. La commande de fermeture de l'organe interrupteur K1 entraîne le passage du courant sur le chemin du composant électrique 13, ce qui permet de dissymétriser les signaux d'informations émis sous forme d'impulsions de tension sur les deux fils a et b du bus. De préférence, un composant électrique 13 est mis en parallèle avec chaque couple Il et 12 de manière à éliminer totalement les impulsions de tension sur les deux fils a et b du bus. La mise en parallèle du composant électrique 13 n'empêche pas le passage par le circuit de découplage 10 du courant continu d'alimentation des capteurs et actionneurs. Le composant électrique 13 est constitué de préférence d'un condensateur Cl comme illustré à la figure 1, mais peut aussi être constitué d'une résistance. L'organe K1 peut être constitué d'un relais mécanique à réponse rapide ou d'un composant électronique tel qu'un transistor de type MOS. En cas de détection de défaut par un dispositif F, L'organe K1 se ferme pour laisser passer le courant dans le condensateur C1. La faible impédance Z1 du condensateur C1 engendre un fort amortissement des impulsions de courant dans chaque couple Il et 12 du circuit de découplage et par suite l'inhibition des impulsions de tension correspondant aux signaux d'informations destinés à être reçus par le maître ou les esclaves. Selon un second mode de réalisation du dispositif d'arrêt 20 illustré à la figure 2, un condensateur C2 est placé au voisinage du circuit de découplage 10, en aval de celui-ci par rapport à la source, et sur un chemin conducteur reliant les deux fils a et b du bus. Un organe interrupteur K2 normalement ouvert est disposé en série avec le condensateur C2 et sur le chemin conducteur. L'organe K2 peut être constitué d'un relais mécanique à réponse rapide ou d'un composant électronique tel qu'un transistor de type MOS. L'organe K2 se ferme en réponse à une détection de défaut par le dispositif F, le circuit de découplage 10 est alors court-circuité et les impulsions de courant passent par le condensateur C2 sans être transformées en impulsions de tension. La présence du condensateur C2 n'empêche pas le passage du courant continu d'alimentation des capteurs et actionneurs. Une inductance L2 est de préférence connectée en parallèle à l'organe interrupteur K2 de manière à précharger le condensateur C2 afin qu'à la fermeture de l'organe K2, il y ait moins de courant à commuter. Cette réalisation est préférée lorsque l'organe K2 est constitué d'un transistor ne pouvant conduire qu'un très faible courant. Comme mentionné plus haut, le dispositif F de détection de défaut, qui est muni d'une mémoire enregistrant la présence d'un défaut sur le réseau, commute les organes interrupteurs K1 ou K2 pour court-circuiter le circuit de découplage 10. Les organes K1 et K2 sont à nouveau ouverts soit par une coupure brève de l'alimentation du dispositif de détection F qui est alors réinitialisé, soit par un bouton de réarmement manuel apte à réinitialiser la mémoire d'enregistrement lorsque le défaut a disparu. Dans le cas d'un défaut de terre sur le réseau, tel que la mise à la terre d'une entrée d'un esclave par exemple, le dispositif de détection F mis en oeuvre est constitué par un dispositif 30 qui peut être associé au bus B en amont du circuit de découplage 10 (figure 3). Dans une variante, le dispositif de détection de défaut de terre 30 peut être placé en aval des esclaves EN. Le dispositif de détection de défaut de terre 30 comprend un pont de résistances 31 disposé entre les deux fils a et b du bus et deux comparateurs 32 et 33 connectés en entrée au pont 31 et en sortie aux organes interrupteurs K1 pu K2. Le pont de résistances 31 comporte quatre résistances R1, R2, R3 et R4 placées en série entre les fils a et b du bus. Les résistances d'extrémité Rî et R4 et par ailleurs les résistances centrales R2 et R3 sont de même impédance. Le point milieu M du pont 31, entre les résistances R2 et R3, correspond au point de polarisation VM de la terre à l'état non perturbé. Le pont 31 présente deux points de connexion E et F, respectivement situés, entre les résistances R1, R2 et les résistances R3, R4. Les impédances des résistances R2 et R3 sont choisies de manière à établir une différence de potentiel V entre les points M et E et respectivement F et M faible par rapport à la différence de potentiel VM entre le point E et le fil a du bus et le point F et le fil b du bus pour pouvoir détecter une variation de la polarisation de terre. Les comparateurs 32 et 33 comportent chacun deux entrées G, H et respectivement L, P ainsi qu'une sortie S1 et respectivement S2. Les entrées G et L des comparateurs sont connectées directement à la terre. Les entrées H et P sont reliées aux points de connexion respectifs E et F du pont 31 et reçoivent respectivement une tension VH = VM + V et une tension VP= VM-V. Les sorties SI et S2 sont toutes deux reliées aux éléments de commande propres aux organes interrupteurs K1 ou K2. Elles délivrent une valeur logique 1 ou 0 qui correspond respectivement à une variation ou non de la tension de terre par rapport aux tensions VH et Vp. Dans le cas d'un défaut, la sortie SI ou S2 est à la valeur 1 ce qui entraîne la commutation des organes K1 ou K2. Dans une variante du dispositif de détection 30, il est possible de constituer le pont de résistances 31 avec trois résistances, les points de connexion E et F étant pris entre la résistance centrale et respectivement les deux autres résistances. Dans ce cas, il est aussi possible de remplacer la résistance centrale par une diode Zéner. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'arrêt de transmission d'informations, en réponse notamment à une détection de défaut, sur un bus de terrain (B) à bas niveau par exemple de type ASI, destiné à relier un maître (M) et des esclaves (EN) et comprenant deux fils (a, b) connectés au maître et aux esclaves et respectivement aux pôles positif et négatif d'une source de tension continue (S), ainsi qu'un circuit de découplage (10) constitué de deux couples (11, 12) de composants électriques disposés respectivement en série sur chacun des fils (a, b) du bus et comportant chacun en parallèle une résistance (R) et une inductance (L), les informations circulant sur le bus (B) entre le maître (M) et les esclaves (EN) étant générées par des impulsions de courant délivrées par un émetteur maître ou esclave, et transformées, via le circuit de découplage (10), en impulsions de tension pour être reçues et décodées par un destinataire, esclave ou maître, caractérisé en ce le dispositif d'arrêt (20) est disposé sur le bus (B) au voisinage du circuit de découplage (10) de manière à court-circuiter celui-ci. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en parallèle à au moins une inductance (L) du circuit de découplage (10), un composant électrique (13) qui est en série avec organe interrupteur (K1) normalement ouvert et présente une impédance (Z1) inférieure à l'impédance équivalente (Ze) d'un couple (I 1,12) de composants de découplage. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le composant électrique (13) est un condensateur (C1). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un condensateur (C2) qui est disposé en série avec un organe interrupteur (K2) normalement ouvert entre les deux fils (a,b) du bus (B) et en aval du circuit de découplage (10) par rapport à la source de tension (S). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'il comprend une inductance (L2) placée en parallèle à l'organe interrupteur (K2). 6. Dispositif selon la revendication 2 ou 4, caractérisé en ce que l'organe interrupteur (K1, K2) est commuté en cas de détection de défaut. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il lui est associé un dispositif'(30) de détection de défaut de terre comprenant un pont de résistances (31) qui est disposé entre les deux fils (a, b) du bus (B) et présente deux points de connexion symétriques (E, F), ainsi que deux comparateurs (32,33) qui sont munis chacun de deux entrées (H,G;L,P), I'une connectée à la terre et l'autre reliée à l'un des points de connexion respectifs (E, F) du pont (31), et d'une sortie (S1, S2) reliée à l'organe interrupteur (K1, K2).