Brevet FR2796214A1 — publié le 20010112

La surveillance des états d'un procédé ou d'une installation se fait dorénavant à l'aide d'écrans d'ordinateur. Mais pour des raisons d'ergonomie opérateur, les tableaux de contrôle et les synopti ques, qu'ils soient muraux ou sur console, restent incontournables. Ces derniers rassemblent, par fois surde grandes surfaces, un nombre important d'informations sous forme de voyants, verrines de défauts et indicateurs du procédé. Près de ceux-ci, des interfaces ont pour rôle de transformer en commandes électriques les informations en provenance du procédé, le plus souvent transmises sur un lien série par les calculateurs pilotant le procédé. Ces commandes sont transmises, via un câblage en point à point, à des actionneurs chargés de restituer l'information d'une manière visuelle. Afin de minimiser le câblage, de nombreuses solutions ont été proposées pour raccorder ces ac tionneurs sur un lien série, mais cette technique, simple conceptuellement et très connue, est en fait coûteuse car elle nécessite à chaque point de connexion une électronique adaptée, et dans l'interface qui la pilote, un logiciel applicatif dont la complexité croît avec le nombre de connexions, qui peut atteindre plusieurs milliers de points dans les grand synoptiques. Dans la réalité, seuls les actionneurs à forte plus-value technique sont raccordés sur un lien série, les autres étant raccordés en point à point à des concentrateurs, eux-mêmes connectés sur le lien série. La présente invention a pour but de fournir un système complet de câblage basé sur un lien série, permettant de commander une pluralité d'actionneurs binaires pouvant être aussi simples que des voyants, à un coût nettement inférieur au câblage en point à point, tout en offrant une grande simpli cité de mise en oeuvre et une maintenance réduite. Conformément à l'invention, ce but est atteint par l'utilisation, par l'interface chargée d'animer les voyants et autres actionneurs, d'une liaison série synchrone unidirectionnelle sans protocole pour le codage de l'information, par l'utilisation d'une tension continue élevée pour le transport à distance de cette information, par la redirection locale de cette information par l'intermédiaire de récepteurs vers lesdits actionneurs raccordés sur un faisceau de conducteurs. On entend par tension continue élevée une tension continue supérieure à 5 Volts et de préférence comprise entre 5 et 150 Volts. La liaison série synchrone, transportant conformément à l'invention des états binaires bruts sans les encapsuler dans des informations de routage ou de contrôle, permet aux actionneurs de s'affranchir de toute l'électronique d'interprétation des trames reçues. Les informations de routage sont inutiles dans la mesure où la liaison série est connectée en point à point au récepteur, et où l'adresse d'un actionneur est donnée par la position de son état dans la trame. Les informations de contrôle ne sont indispensables que dans les procédés où la fiabilité d'une information est critique, comme par exemple dans le déclenchement d'un ordre de marche. Dans le domaine de la visualisation et dans la mesure où la liaison série est correctement protégée, une erreur occasionnelle dans la trame sur l'état d'un actionneur ne sera pas perçue si elle est écrasée, par la trame suivante, dans un temps inférieur au seuil de la persistance rétinienne. Le transport à distance de l'information, conçu conformément à l'invention sous une tension élevée, permet à la liaison série de s'affranchir des problèmes d'impédance liés à la longueur du câblage ou à la mauvaise qualité des connexions, ce qui réduit notablement les coûts par l'utilisation de câbles et connecteurs ordinaires, ou par la réutili- sation d'un câblage existant. De plus, une tension élevée rend non significatifs les bruits ou parasi tes liés aux perturbations électromagnétiques et procure à bon compte une forte immunité. Enfin, une tension élevée permet de véhiculer l'énergie nécessaire aux actionneurs et donc de faire l'économie d'un câble d'alimentation. Le récepteur a pour fonction de restituer la liaison série syn chrone telle qu'elle est couramment utilisée en logique électronique. L'avantage en est que la com mande de chaque actionneur peut se faire par une simple bascule-D, composant banal et extrême ment bon marché. La connexion des actionneurs sur une nappe de conducteurs se heurte au probl ème de la propagation des informations au travers de la cascade des bascules-D ; le premier moyen de raccordement, conçu conformément à l'invention, est basé sur un connecteur de transition et permet de raccorder aisément et sans outil spécial les actionneurs sur un câble en nappe. Ce type de connexion évite le câblage lié au raccordement d'une dérivation et ne sectionne pas les conduc teurs principaux. L'application de ce premier moyen à des leds permet de réaliser, sans outil spécial et en une seule opération, des guirlandes où chaque led est commandée individuellement et ouvre la réalisation de tableaux, d'enseignes ou de décoration à des non-professionnels. Le second moyen de raccordement, conçu conformément à l'invention, est destiné à la fabrication en grande série de guirlande de leds pour équiper des tableaux comme les plans de ligne de métro. L'invention est décrite à l'aide des exemples ci-après et des références aux dessins joints, sans que ceux-ci puissent être limitatifs de la portée de l'invention , et dans lesquels La figure 1 représente des actionneurs raccordés conformément à l'invention sur un récepteur. La figure 2 représente l'architecture de la communication aux différents récepteurs par des liaisons série conformément à l'invention. La figure 3 est un schéma de l'interface représentant conformément à l'invention le principe de génération des informations sur une pluralité de liaisons série. La figure 4 est un schéma du récepteur décrivant conformément à l'invention la restitution des si gnaux de la liaison série à la nappe de conducteurs. La figure 5 est un schéma de la connexion des actionneurs sur la nappe de conducteurs. La figure 6 représente le premier moyen de connexion conformément à l'invention reliant des ac- tionneurs à la nappe de conducteurs. La figure 7 représente le deuxième moyen de connexion appliqué à des leds montées en surface La figure 8 représente le troisième moyen de connexion intégrant la led et sa logique dans le connecteur La figure 9 représente le quatrième moyen de connexion conformément à l'invention reliant des leds à un faisceau de conducteurs. La figure 1 représente ce qu'on appellera une guirlande 10 par analogie avec les guirlandes de lam pes décorant les sapins de Noël. La guirlande comprend des actionneurs binaires 11, préférable- ment lumineux, reliés par une nappe de conducteurs 12 à un récepteur 13. La figure 2 représente une pluralité de guirlandes 10 reliées en point à point par une paire de conducteurs 21 sur chaque canal de communication 22 d'une interface 20. Une autre pluralité de guirlandes 10a, 10b et suivantes, est reliée en bus sur un des canaux de communication 22 de l'interface 20 par une autre paire de conducteurs 21. L'interface 20 est alimentée par le câble 23 et reçoit par le câble 24 les informations du procédé à transmettre. Le rôle de l'interface 20 est de convertir lesdites informations du procédé en autant de chaînes de bits représentant l'état binaire des actionneurs 11 qu'il y a de canaux 22. Chaque canal transmet ladite chaîne de bits sur la paire de conducteurs 21 qui lui est affectée, sous une tension continue élevée, préférablement 24 ou 48 Vdc, et sous la forme d'une trame, sans détection de début ou fin de trame ni contrôle d'intégrité et sans en attendre un quelconque accusé-réception. Les trames reçues par chaque guirlande 10 sont décodées par le récepteur 13 et l'état binaire attendu de chaque actionneur 11 transmis aux action- neurs concernés. Les guirlandes 10a, 10b et suivantes, connectées en bus sur un des canaux 22 de l'interface 20, reçoivent toutes les mêmes trames et donc affichent les mêmes informations. Cette particularité est utile pour répéter des informations à des endroits différents, comme par exemple l'animation des plans de ligne au-dessus des portes de métro, ou l'affichage de l'heure dans toutes les pièces d'un bâtiment à partir d'afficheurs passifs. La figure 3 représente le mécanisme par lequel l'interface 20 encode l'état des actionneurs 11 éla boré par l'application 31 et les transmet sur les câbles de liaison 21. A partir de la tension d'entrée du câble d'alimentation 23, l'interface 20 génère sur un bus interne 3 tensions : la tension nominale Vnominale' portée par le conducteur 32, la surtension 'OV1' portée par le conducteur 33 s'ajoutant à ladite tension nominale et la surtension `AV2' portée par le conducteur 34 s'ajoutant à ladite tension nominale telle que Vnominale + 0V2 > Vnominale + 4V1 > Vnominale. Les états binaires en prove nance de l'application 31 sont transmis à la mémoire tampon du sérialisateur 35 sélectionné. A la fin de ladite transmission, le sérialisateur vide la mémoire tampon desdits états en les présentant séquentiellement sur les ports [POi] 36 et [Pli] 37 selon la logique ci-après : les ports [POi] 36 et [Pli] 37 sont dans l'état 0 initialement. Les ports [POi] 36 et [Pl i] 37 ne peuvent être dans l'état 1 simul tanément. Si l'état binaire présenté est 0, alors le port [POi] 36 passe à l'état 1 durant un temps t avant de retomber à 0. Si l'état binaire présenté est 1, alors le port [Pli] 37 passe à l'état 1 pendant un temps t avant de retomber à 0. L'état binaire suivant est présenté après un temps supérieur à t. Lorsque le port [POi] 36 est dans l'état 1, il actionne un interrupteur statique 38 ajoutant AV1 à la tension nominale sur le câble de liaison 21 i . Lorsque le port [Pl i] 37 est dans l'état 1, il actionne un interrupteur statique 39 ajoutant OV2 à la tension nominale sur le câble de liaison 21i. A la fin de la séquence, la totalité des états des actionneurs 11 ont été transmis à la guirlande 10 concernée, l'application 31 passe au sérialisateur suivant. Lorsque tous les sérialisateurs ont été sollicités, l'application 31 recommence le cycle au premier sérialisateur. La figure 4 représente le récepteur 13 de chaque guirlande 10, tel qu'indiqué sur la figure 1. Ledit récepteur a pour premier rôle de convertir la tension délivrée sur la paire de conducteurs 21 en une tension d'alimentation compatible avec la logique de commande des actionneurs 11 et transportée sur les conducteurs 40 et 41 de la nappe 12. Ledit récepteur a pour second rôle de restituer, à partir des surtensions détectées sur la paire de conducteurs 21, les signaux 'Data' et 'Clock' reconstituant sur la nappe 12 la liaison série synchrone nécessaire au transfert des états binaires aux actionneurs 11. Ladite conversion de tension est réalisée par un régulateur à découpage 44, abaissant la ten sion de la paire de conducteurs 21 à une tension interne à la guirlande 10, préférablement 3,3 V afin de minimiser la consommation. La détection de la surtension '4V1' se fait par un premier dépassement de seuil, préférablement par un limiteur de tension 45, qui active le signal 'Clock' porté par le conducteur 43 et laisse le signal 'Data' porté par le conducteur 42 dans l'état 0. La détection de la surtension '4V2' se fait par un second dépassement de seuil, préférablement par un limiteur de tension 46, qui place le signal 'Data' porté par le conducteur 42 dans l'état 1 et, parce que la surten sion '4V2' est supérieure à la surtension 'aV1', active aussi le signal 'Clock' porté par le conducteur 43. Un retard logique 47 est chargé de retarder le signal 'Clock' afin que, sur son front montant, le signal 'Data' soit stabilisé. La figure 5 représente la nappe 12 et le mécanisme de commande des actionneurs 11. La nappe 12 peut être constituée par des câbles souples ou par les pistes d'un circuit imprimé. Des bascules-D 50 sont montées en parallèle sur les conducteurs 40, 41, 43 portant respectivement la tension 'Vcc', la référence '0V et le signal 'Clock', et sont montées en série sur le conducteur 42 portant le signal 'Data'. Ledit signal est présenté sur la broche 'Data input' 51 de la bascule-D 50a et, sur le front montant dudit signal 'Clock', est restitué sur la broche 'Data output' 52 de la bascule-D 50a. Ladite broche 'Data-output' 52 est raccordée à la commande logique 53 de l'actionneur 11, et à la broche 'Data input' 55 de la bascule-D suivante 50b par l'intermédiaire du conducteur 57. L'état d'un action- neur est ainsi poussé par le signal 'Clock' jusqu'à atteindre la bascule-D correspondante. L'actionneur 11 peut être alimenté par la tension `Vcc' fournie entre les conducteurs 40 et 41. La figure 6 représente un connecteur de transition 61 permettant de raccorder la nappe 12 ayant la forme d'un câble en nappe à 4 points au circuit imprimé 60 d'un actionneur 11. Le connecteur 61 comprend classiquement un corps 62 et une barrette de sertissage 66. Le corps 62 est équipé de formes permettant le centrage de la nappe au moment du sertissage et de 5 broches 63a, 63b, 63c, 64, 65 autodénudantes côté nappe et à souder côté circuit imprimé. Lesdites broches sont dispos ées au pas de la nappe et de façon à respecter les isolements nécessaires au sertissage. Les 3 broches 63a, 63b, 63c sont disposées au droit des conducteurs 40, 41, 43 portant respectivement les signaux 'Vcc', '0V et 'Clock' de la nappe 12. Les broches 64 et 65 sont disposées au droit du conducteur 42 portant le signal 'Data', de part et d'autre d'une encoche 61 et ce, quelle que soit la position qu'occupe ledit conducteur 42 au sein de la nappe 12. La barrette 66 est équipée classi quement de formes permettant le centrage de la nappe 12 au moment du sertissage, des encoches 69 laissant le passage aux broches 63a, 63b, 63c, 64, 65 et des clips de verrouillage bloquant l'assemblage après sertissage. La barrette 66 est de plus équipée d'un bossage 68 positionné au droit de l'encoche 67. Les dimensions de l'encoche 67 et du bossage 68 sont calculées de façon à constituer un ensemble poinçon-matrice apte à sectionner totalement, au moment du sertissage, le dit conducteur 42. Une fois le sertissage réalisé, le connecteur 61 réalise complètement les connexions schématisées dans la figure 5, et lesdites connexions peuvent être raccordées, par sou dure sur le circuit imprimé 60, en point à point aux broches de la bascule-D 50. Un autre mode de réalisation possible consisterait à placer le bossage 68 sur le corps 62 et l'encoche 67 sur la barrette 66. La figure 7 représente l'application du principe décrit dans la figure 6 à la réalisation d'un connecteur de transition intégrant le circuit de commande d'une led. Dans cette représentation, le connecteur 71 est identique au connecteur 61 de la figure 6 relativement à la fonction de sertissage. Seule la partie à souder de chacune des broches 63a, 63b, 63c, 64, 65 du connecteur 61 est remplacée par une découpe 75 qui, une fois pliée sur le corps 72 du connecteur 71, réalise le dessin des pistes néces saires à la connexion d'une bascule-D 73 et d'une led 74 avec résistance de limitation d'intensité intégrée. La découpe 75 spécifique à chacune des 5 broches est réalisée par un outil dédié assurant leur ordre de présentation lors du procédé standard de fabrication d'un connecteur de transition. La figure 8 représente l'application du principe décrit dans la figure 6 à la réalisation d'un connecteur de transition intégrant une led et sa logique de commande. Dans cette représentation, le connecteur 81 est identique au connecteur 61 de la figure 6 relativement à la fonction de sertissage, mais le corps 82 du connecteur 81 encapsule au moins une led 84 et son optique 83, une pastille de silicium 85 renfermant les fonctions logiques comme la commande en fixe ou en clignotement de la led, ou le filtrage de la donnée série. Le raccordement de la logique de commande de la led 84 aux broches du connecteur 81 s'effectue selon les règles classiques de connexion des circuits intégrés. La figure 9 représente un autre procédé de fabrication de la nappe 12 permettant de raccorder des actionneurs 11 au récepteur 13. La nappe 12 est constituée par des conducteurs 40, 41, 42, 43 nus, étamés et préférablement monobrins. Les actionneurs 11 sont constitués d'un circuit imprimé 95 portant au minimum une Led 91, une bascule-D 92 et une résistance 93, et proposant des plages d'accueil 94 permettant une soudure de chacun des 4 conducteurs 40, 41, 42 et 43 selon le schéma de la figure 5. Un perçage 96 dans le circuit imprimé 95, situé à l'axe de la plage d'accueil du conducteur 42 portant le signal `Data', permet de positionner sous ledit conducteur 42 la matrice d'un poinçon chargé de le sectionner. La soudure des conducteurs 40, 41, 42, 43, préalablement positionnés sur leur plage d'accueil respective, s'effectue parallèlement au circuit imprimé 95 et à un endroit quelconque le long des conducteurs. Une machine spéciale peut exécuter le poinçonnage en même temps que la soudure et, pourvu qu'elle soit dotée d'une avance semi-automatique, per mettre la réalisation rapide d'une nappe de leds 'au kilomètre'. REVENDICATIONS 1) Dispositif de transmission d'informations binaires, comprenant un appareil interface (20) rece vant lesdites informations sous forme de signaux électriques et les transmettant sur au moins un câble (21) à une pluralité d'actionneurs (11) et sous une tension continue de référence, caractérisé en ce que - ladite information relative à chaque actionneur est codée sous forme d'une première valeur de surtension pour l'état actif et d'une deuxième valeur de surtension pour l'état inactif dudit ac- tionneur - la tension continue de référence et lesdites surtensions sont transmises à un ou plusieurs récepteurs (13) qui restituent ladite information sous forme de signaux compatibles avec la lo gique électronique. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'information et l'alimentation des actionneurs sont véhiculés sur un même câble (21) constitué de 2 conducteurs. 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 dans lequel la tension continue de référence est supérieure à 5 Volts et de préférence entre 5 Volts et 150 Volts. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel les actionneurs (11) sont commandés par des bascules-D (50) placées en cascade sur une liaison série synchrone. 5) Procédé de réalisation du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, utilisant un connecteur de transition (61) pour raccorder par sertissage les actionneurs (11) sur la nappe (12), caractérisé en ce que l'opération de sertissage s'accompagne du sectionnement du conduc teur (42) portant le signal `Data' et du raccordement des 2 brins dudit conducteur sectionné au cir cuit logique de l'actionneur (11) 6) Procédé selon la revendication 5 dans lequel le sectionnement du conducteur (42) portant le signal 'Data' est réalisé par un ensemble poinçon (68) matrice (67) porté par le connecteur (61) à sertir. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 dans lequel la connexion des 2 brins sectionnés du conducteur (42) portant le signal 'Data' est réalisé au moyen de 2 broches (64, 65) situées de part et d'autre du sectionnement. 8) Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 selon lequel le circuit de commande de l'actionneur (11) et les broches du connecteur (71) à sertir sont réalisés par découpage et pliage d'une pièce de matériau conducteur. 9) Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 selon lequel le connecteur (81) à ser tir encapsule une ou plusieurs leds (84) et leur logique de commande (85). 10) Procédé de réalisation du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caracté- risé en ce que - une série d'actionneur (11) est raccordée par soudage à un faisceau de conducteurs (40), (41), (42), (43), nus et parallèles, - le conducteur (42) portant le signal 'Data' est sectionné au droit de chaque actionneur (11). 11) Procédé selon la revendication 10 dans lequel ledit soudage et ledit sectionnement sont ré alisés simultanément de façon manuelle, semi-automatique ou automatique. 12) Utilisation du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 pour la réalisation de synoptiques ou tableaux d'affichage. 13) Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 10 pour la réalisation de synoptiques ou tableaux d'affichage.