Brevet FR2802313A1 — publié le 20010615

La présente invention concerne un système d'automatisation réparti apte à contrôler plusieurs zones de processus comprenant des machines ou ensembles d'appareils. On utilise habituellement pour contrôler une machine une armoire logeant des ap- pareils électriques ou électroniques de contrôle/commande, des câbles d'alimenta- tion et un bus de terrain reliant les appareils de l'armoire aux actionneurs et cap- teurs associés aux divers éléments de machine. Ceci nécessite des opérations coûteuses de montage et câblage en armoire, de câblage entre l'armoire et la ma- chine et de câblage de la machine. D'autre part, il convient d'éviter tout accident d'opérateur ou autres dommages dus à un mouvement dangereux de la machine. Or la gestion des sécurités requise par la présence d'éléments de machine dangereux est difficile à assurer. L'invention a pour but de simplifier le montage et le câblage d'un système d'auto- matisation de processus, en même temps que de standardiser la gestion des sécu- rités propres à une zone de processus. Selon l'invention, un système d'automatisation réparti apte à contrôler plusieurs zones de processus comprend, pour alimenter et contrôler une zone, les consti- tuants suivants: - un module de tête alimentable par une source d'énergie électrique de puis- sance, - un poste de conduite gérant notamment un bus de terrain, plusieurs modules fonctionnels associés à des éléments de machine et reliés au module de tête par une liaison de puissance et un canal de servitudes, les mo- dules fonctionnels étant en outre connectables au bus de terrain, - le canal de servitudes comprenant une liaison d'alimentation à plusieurs conducteurs propres à distribuer plusieurs tensions sécurisées, et une liaison de sécurité à plusieurs conducteurs aptes à transmettre des signaux de sécurité tels que des signaux d'arrêt d'urgence et/ou de sécurité d'accès propres aux éléments de machine. D'autres caractéristiques de l'invention sont décrites dans les sousrevendications. 2 2802313 La description va être faite ci-après d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention, en regard des dessins annexés. La figure 1 représente schématiquement un système d'automatisation réparti conforme à l'invention. La figure 2 montre un exemple de liaison de servitudes du système de la figure 1. La figure 1 illustre des zones Zl, Z2 dans lesquelles est mis en ceuvre un proces- sus impliquant des machines ou appareils, notamment un processus industriel. La zone Z1 comprend des éléments de machine non indiqués et, associés à ces élé- ments, autant de modules fonctionnels MF1, MF2,..MFn. Ces modules ont en gé- néral des fonctions distinctes; par exemple, le module MF1 peut comprendre no- tamment des boutons d'arrêt d'urgence ou interrupteurs de sécurité associés à des portes ou barrières d'accès à des régions dangereuses, le module MF2 peut com- prendre un départ-moteur, le module MFn peut comprendre une baie de robot, etc... Il est prévu pour chaque zone un module de tête MT relié à une source d'énergie électrique de puissance par une liaison LP et un poste de conduite PC qui gère notamment un bus de terrain aval BC; il convient d'observer que le poste de conduite PC peut facultativement être relié à un système de contrôle-commande d'ilôt par une partie amont de bus de terrain BCA. Le poste de conduite PC pré- sente un terminal de dialogue TD et des moyens électroniques et logiciels de contrôle-commande reliés d'une part au module de tête MT, d'autre part aux divers modules fonctionnels MF1, MF2,..MFn par la ligne de bus de terrain BC. Le module de tête MT est relié aux modules fonctionnels MF1, MF2,..MFn par une liaison électrique de puissance BP et par un canal de servitudes BAS qui va être à présent plus amplement décrit. Le canal de servitudes BAS se compose de deux liaisons fonctionnelles dites d'alimentation BA et de sécurité BS. Les liaisons BA et BS ne desservent que les modules fonctionnels souhaités et peuvent à tout mo- ment être modifiées ou étendues en fonction de l'évolution du processus considéré. 3 2802313 La liaison d'alimentation BA comporte plusieurs conducteurs et est destinée à dis- tribuer aux modules fonctionnels MF1, MF2,..MFn des tensions requises, avec des niveaux de sécurité prédéterminés, de sorte que chaque module fonctionnel consomme ou non une ou plusieurs tensions sécurisées en fonction de l'application. Une tension est dite sécurisée quand, en fonction de données propres à la sécurité des personnels et matériels intéressés par le processus, est élaborée une décision relative au maintien ou à la coupure de cette tension. La liaison de sécurité BS comporte plusieurs conducteurs et est destinée à collec- ter, sur un périmètre donné à surveiller (machine, zône,..), des fonctions de sécu- rité, notamment d'arrêt d'urgence et/ou de sécurité d'accès, associées aux élé- ments de machine. La sécurisation des tensions de la liaison BA est effectuée par un système de gestion de sécurité SGS associé au module de tête MT et renseigné par la liaison BS. Le module de tête comprend un organe OGA de gestion des ali- mentations et le système de gestion de sécurité SGS est susceptible d'agir sur l'or- gane OGA pour commander la liaison BA et la liaison de puissance BP. Il convient de noter que les systèmes de gestion SGS des modules de tête des différentes zones d'un processus donné comportent des connexions se prêtant à l'établisse- ment d'une liaison montante et descendante LAM,LAV; une telle liaison permet de relier optionnellement entre eux les modules de tête des différentes zones, de ma- nière que les signaux de sécurité d'une zone donnée puissent être utilisés pour exercer une action de sécurité dans une autre zone, située en amont ou en aval de la zone donnée. L'organe OGA peut comprendre des interrupteurs tels que des contacteurs ou relais à contacts liés. Les liaisons BA et BS du canal de servitudes peuvent être rassemblées dans un seul câble. Elles peuvent aussi réalisées au moyen de deux câbles distincts. Dans le cas o sont prévus deux câbles, chacun peut alors être connecté aux modules fonctionnels par des connecteurs débrochables; le câble BA peut être seul connecté à certains modules fonctionnels, par exemple des modules tels que MF1, et le câble BS peut être seul connecté à d'autres modules fonctionnels, par exemple des modules tels que MF2; certains modules, tels que MFn, étant connectés aux deux câbles BA,BS. 4 2802313 On voit plus en détail sur la figure 2 un exemple de constitution des câbles BA et BS. Le câble BS comprend cinq conducteurs bsl, bs2, bs3, bs4, bs5. Le conduc- teur bsl est affecté aux arrêts d'urgence, le conducteur bs2 aux autorisations de mise en service, le conducteur bs3 aux sécurités d'accès, le conducteur bs4 à des organes de protection et le conducteur bs5 aux réarmements d'organes de sécurité dont les déclenchements ont été signalés sur les conducteurs bsl, bs2, bs3, bs4. On peut prévoir plusieurs conducteurs bsl, bs3 et bs4. Le câble BA comprend ici quatorze conducteurs dont dix auxquels sont appliquées par le module de tête des tensions continues de valeurs identiques (par exemple 24 V) ou différentes et à niveaux de sécurité différents selon qu'elles sont destinées à alimenter des organes de mise en service, des entrées, des actionneurs, des organes de sécurité, etc.. Le câble BA comprend aussi quatre conducteurs de retour. Les câbles BA,BS parvien- nent, à leur extrémité opposée au module de tête, à un boîtier terminal BT dans lequel certains conducteurs de la liaison BA sont bouclés sur des conducteurs de la liaison BS. L'agencement des câbles et leurs connexions sont de tous types appropriés. 2802313 Revendications 1. Système d'automatisation réparti apte à contrôler plusieurs zones de processus et comprenant, pour alimenter et contrôler une zone, les constituants caracté- ristiques suivants: - un module de tête (MT) alimentable par une source d'énergie électrique de puissance, - un poste de conduite (PC) gérant notamment un bus de terrain (BC), - plusieurs modules fonctionnels (MF1, MF2,..MFn) associés à des éléments de machine et reliés au module de tête (MT) par une liaison de puissance (BP) et un canal de servitudes (BAS), les modules fonctionnels étant en outre connec- tables au bus de terrain (BC), - le canal de servitudes (BAS) comprenant: - une liaison (BA) d'alimentation à plusieurs conducteurs propres à distri- buer plusieurs tensions sécurisées, - une liaison de sécurité (BS) à plusieurs conducteurs (bsl-bs5) aptes à transmettre des signaux de sécurité tels que des signaux d'arrêt d'ur- gence et/ou de sécurité d'accès propres aux éléments de machine. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le module de tête (MT) comprend un système de gestion de sécurité (SGS) et un organe de gestion des alimentations (OGA), la liaison (BA) d'alimentation (BA) et la liaison de puis- sance (BP) étant sécurisées par l'action du système de gestion (SGS) sur l'organe de gestion des alimentations (OGA). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le module de tête (MT) conditionne, au moyen du système de gestion de sécurité (SGS) et de l'or- gane de gestion des alimentations (OGA), les niveaux de sécurité affectés aux ten- sions des divers conducteurs de la liaison d'alimentation (BA) et de la liaison de puissance (BP). 4. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le système de ges- tion de sécurité (SGS) du module de tête (MT) d'une zone est relié à au moins un système de gestion de sécurité (SGS) d'un module de tête (MT) d'une zone voisine amont et/ou aval par une liaison d'asservissement (LAM, LAV) afin de modifier la 6 2802313 gestion des sécurités de la zone en fonction des données d'au moins une zone voi- sine amont et/ou aval. 5. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la liaison de sécurité (BS) comprend au moins un conducteur (bsl) apte à gérer les fonctions d'arrêt d'urgence et au moins un conducteur (bs3) apte à gérer les fonctions de sécurité d'accès. 6. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la liaison de sécurité (BS) comprend un conducteur de réarmement (bs5) et au moins un conducteur (bs4) de contrôle de fermeture d'organes de protection associés aux éléments de machine. 7. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la liaison (BA) d'ali- mentation en tensions sécurisées et la liaison de sécurité (BS) sont réalisées au moyen d'un seul câble connectable aux modules fonctionnels souhaités (MF1-MFn) par des connecteurs débrochables. 8. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la liaison (BA) d'ali- mentation en tensions sécurisées et la liaison de sécurité (BS) sont réalisées au moyen de deux câbles distincts connectables chacun aux modules fonctionnels souhaités (MF1-MFn) par des connecteurs débrochables. 9. Système selon la revendication 7 ou 8, caractérisé par le fait que certains conducteurs de la liaison (BA) d'alimentation en tensions sécurisées sont reliés à des conducteurs de la liaison de sécurité (BS) via un boîtier terminal d'intercon- nexion (BT).