Brevet FR2818841A1 — publié le 20020628

Le secteur technique de la présente invention est celui des systèmes de multiplexage de signaux, particulièrement appliqué aux automatismes utilisant un nombre important de contacts tout ou rien soumis aux -is aux perturbations électromagnétiques. Les automatismes récents, qu'ils soient des automates ou des calculateurs, offrent la possibilité d'intégrer un grand nombre d'informations. Cette possibilité pose cependant un problème de volume de câblage entre les émetteurs et le gestionnaire de l'automatisme. En effet, l'utilisation d'un grand nombre de contacts tout ou rien, du type capteur de fin de course, nécessite systématiquement deux conducteurs entre le contact et le gestionnaire. A titre d'exemple, un automatisme utilisant soixante quinze contacts tout ou rien nécessitera soixante seize conducteurs. De plus, la distance séparant les contacts et le gestionnaire de l'automatisme devient rapidement un élément financier rédhibitoire. Les méthodes classiques de transmission d'information tout ou rien se sont donc tournées vers le multiplexage. Cette technique consiste à faire transiter un nombre important d'informations au travers de deux conducteurs. Le multiplexage peut être du type : - logique fondé sur un principe binaire, -. logique et analogique fondé sur un aiguillage 1 parmi n, - temporel basé sur un principe de sérialisation des informations. Malheureusement, ces trois types de multiplexage souffrent d'une forte dépendance aux perturbations provoquées par les champs électromagnétiques. Une autre contrainte de cette technique réside dans l'obligation de déporter des éléments électroniques, dit actifs, auprès des contacts à traiter. Ces éléments ne peuvent fonctionner sans un montage électronique relativement complexe et peuvent donc difficilement supporter les ambiances agressives dans lesquelles les contacts sont amenés à fonctionner. Cela rend difficile l'utilisation de ces systèmes de multiplexage. L'utilisation du principe électronique fondé sur le transfert d'informations par bus entrées-sorties du type I2C par exemple ne résout pas les problèmes rencontrés par les systèmes décrits précédemment. De même, l'installation d'un processeur informatique au niveau des contacts qui envoie les informations sur tout support compatible avec un processeur déporté souffre des mêmes désavantages. De plus est, ce système a besoin d'un code informatique qui, lui aussi, doit être déporté. Le but de la présente invention est donc de fournir un dispositif robuste et insensible aux agressions des champs électromagnétiques et apte à transmettre une quantité importante de signaux sur un nombre réduit de conducteurs, généralement deux. L'invention a donc pour objet un multiplexeur fréquentiel destiné à fournir l'état et l'adresse d'au moins un contact tout ou rien à un automatisme par l'intermédiaire de deux conducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de génération d'un signal fréquentiel, un composant passif relié électriquement à un contact et un récepteur apte à déterminer l'état et l'adresse dudit contact. Selon une caractéristique de l'invention le moyen de génération d'un signal fréquentiel est constitué d'un étage de commande et d'un étage de puissance. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étage de commande comprend un générateur délivrant un signal sinusoïdal selon un balayage fréquentiel cyclique géré par une base de temps. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'étage de puissance est relié aux deux conducteurs soit directement soit au travers d'un conducteurs soit transformateur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le composant passif est monté électriquement en série avec le contact, chaque extrémité libre du contact et du composant étant reliée à un des conducteurs. Avantageusement, à chaque contact correspond un composant passif, chaque composant entrant en résonance à une fréquence propre audit composant et toutes Il-P-P-1 ces-1-, res. différentes les unes des autres. Avantageusement encore, le composant passif présente une impédance faible à sa fréquence de résonance. Selon une autre caractéristique, le composant passif est du type filtre céramique ou quartz ou filtre LC (self -t p et capacité). Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le récepteur est apte à mesurer un courant fourni par le moyen de génération dans le conducteur et à mesurer la tension fournie par le moyen de génération dans le conducteur. Le récepteur est par exemple constitué d'une résistance, d'un étage de mesure et d'un étage de comparaison. Avantageusement, l'étage de comparaison confronte une amplitude du signal délivré par l'étage de mesure avec une consigne prédéterminée. Avantageusement encore, chaque amplitude du signal est l'image de l'état d'un contact. Un tout premier avantage du dispositif de transmission de signaux réside dans le fait qu'il permet de véhiculer simplement un nombre important d'informations. Un autre avantage réside en ce qu'il permet un auto test. L'adresse des contacts est déterminée par corrélation entre la fréquence délivrée par le générateur et la fréquence de résonance connue de chaque contact. Un autre avantage du dispositif selon l'invention réside dans le fait qu'il est particulièrement insensible aux perturbations provoquées par les champs électromagnétiques. Un autre avantage réside dans le fait qu'il réduit sensiblement les coûts de fabrication et de maintenance car il n'utilise pas de composant actif, de carte ou de microprocesseur près des contacts. Un autre avantage réside dans le fait que le multiplexeur détecte de manière autonome ses défaillances internes ou les défaillances survenant sur les conducteurs. Un autre avantage réside dans le fait que le dispositif ne nécessite qu'un faible niveau de signal en fonctionnement et lui permet donc d'être utilisé dans les ambiances déflagrantes, par exemple en présence de vapeur d'essence. D'autres caractéristiques, détails et avantages de 1 1 i-irement à la lecture de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : - la figure 1 est un schéma général illustrant le dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une représentation de la constitution interne du dispositif selon un mode de réalisation de l'invention, et - la figure 3 est un graphique représentatif de l'amplitude de la tension ou du courant à la sortie de l'étage de mesure superposé à la bande de fréquence cyclique émise par le moyen de génération. On a représenté à la figure 1 un schéma général illustrant l'invention dans un contexte industriel, par exemple un automatisme ou un robot. Ce schéma est divisé en trois parties 1,2 et 3. La partie 1 illustre la création des informations qui sont transmises, par l'intermédiaire de la partie 2 constituée principalement de deux conducteurs 2a et 2b, vers la partie 3. La partie 1 comprend un ensemble de capteurs 4 représentés chacun sous la forme de contacts 5, 6, 7, 8, 9 etc. Bien entendu, le nombre de contact n'est pas limité au mode de réalisation représenté sur cette figure. Ces contacts sont du type tout ou rien appelés communément contacts secs. Chacun d'entre eux comprend deux extrémités de raccordement électrique 5a, 6a, 7a, Ra, 9a et 5b, 6b, 7b, 8b, 9b. Les extrémités référencées "a" sont raccordées électriquement par exemple à l'un des deux conducteurs, ici 2a. Les autres extrémités référencées"b"sont raccordées électriquement au boîtier 10 renfermant des composants passifs 11,12, 13,14 et 15. Dans ce mode de réalisation, ces derniers sont rassemblés dans le boîtier 10 disposé sensiblement à côté des contacts. Chaque composant passif comprend deux extrémités dont l'une est reliée électriquement au contact, par exemple 5b avec alb, 6b avec 12b, etc. Les caractéristiques techniques de ces composants passifs seront décrites ultérieurement. Les extrémités libres liga, 12a, 13a, 14a et 15a des composants passifs sont raccordées équipotentiellement avec l'autre conducteur, ici 2b. La partie 2 illustre les deux conducteurs 2a et 2b et la distance qui sépare les capteurs 4 d'un système de gestion 16 de l'automatisme. La partie 3 représente ce système de gestion 16 dans lequel on trouve un moyen de génération 17 d'un signal fréquentiel, un récepteur 18 des signaux véhiculés par les conducteurs 2a et 2b et un module de gestion 19 de type connu comme un automate, un calculateur ou un ordinateur apte à conduire un automatisme A. La figure 2 illustre un exemple détaillé de réalisation. On remarque sur cette figure que les contacts 7 et 9 sont passants, c'est à dire qu'ils sont fermés et autorisent le passage du courant. La partie 3 est représentée partiellement par l'intermédiaire du moyen de génération 17 et du récepteur 18. Le moyen de génération 17 d'un signal fréquentiel est divisé en un étage de commande 17a et un étage de puissance 17b. L'étage de commande 17a comporte, à titre illustratif, une base de temps analogique 20, ou un synthétiseur numérique, raccordé à un générateur 21 à fréquence variable délivrant un signal sinusoïdal 28. Ce générateur attaque l'étage de puissance 17b en se raccordant à un amplificateur 22. Le signal 28 évolue selon un balayage fréquentiel. L'amplificateur 22 délivre un signal 28a d'une puissance nécessaire et suffisante. Ce signal 28a ±-ans te transite soit directement dans les conducteurs 2a et 2b, soit au travers d'un transformateur 23 qui peut avantageusement être un transformateur d'isolement. Ce dernier distribue alors le signal 28a sous forme d'une tension et d'un courant aux deux conducteurs 2a et 2b. Tous les contacts de 5 à 9 sont reliés électriquement aux composants passifs 11 à 15, et chaque ensemble est donc monté en parallèle sur les conducteurs 2a et 2b. Ces composants passifs sont, par exemple, des filtres t-I céramiques, des quartz ou des filtres LC. Ces derniers comportent de manière classique une self montée en parallèle avec un condensateur. Cet assemblage étant connu, il n'est pas nécessaire de le décrire plus en détail. La caractéristique technique du composant passif nécessaire au dispositif selon l'invention est qu'il devient sensiblement passant à sa fréquence de résonance propre. En effet, le passage du signal 28a à la fréquence spécifique du composant provoque une mise en résonance de ce dernier, son impédance est alors très faible (sensiblement inférieure à cent Ohms) provoquant ainsi une augmentation du courant consommé dans les conducteurs 2a et 2b. Bien entendu, chaque composant passif résonne à une fréquence spécifique et connue. En outre, le nombre de contact est illimité et ne saurait se borner au mode de réalisation décrit sur cette figure. Deux composants passifs 24 et 24a sont raccordés p électriquement et directement sur les conducteurs 2a et 2b, et ceci à l'intérieur du moyen de génération 17 et 24a au plus près possible des contacts. Ce montage permet d'obtenir un moyen de contrôle automatique du dispositif dont le fonctionnement sera décrit ultérieurement. Le récepteur 18 est constitué d'une résistance 25 reliée d'un côté au transformateur d'isolement 23 et de l'autre à une masse 26 du dispositif. L'étage de mesure 18a est raccordé électriquement d'une part à la résistance 25 et 'autre art à l'étape de comparaison 18b par l'intermédiaire d'un étage 43 qui fournit une tension continue en 27b proportionnelle à l'amplitude du signal d'entrée 27a. L'étage 18b reçoit une consigne 50 de comparaison. La figure 3 illustre la forme du signal sur la liaison 27. La courbe 29 en trait fort est l'amplitude du courant consommé dans la ligne de la résistance 25, la courbe 41 en trait pointillé est la représentation du balayage fréquentiel 42 qui, comme on peut le voir, blement 1 i.-----F-p-é ryl 1 évolue sensiblement linéairement d'une fréquence de départ 30 dite basse vers une fréquence d'arrivée 31 dite haute d'une manière cyclique et selon une période 32. Ce balayage fréquentiel 42 effectue donc un balayage de fréquence en continu. Chaque tiret 33 correspond à une fréquence de résonance de chaque composant passif. Les pics 38, 39 sur la courbe 29 sont l'image de la consommation de courant provoquée par la fermeture respectivement des contacts 9 et 7. On a matérialisé par un trait interrompu la consigne 50 délivré à l'étage de comparaison 18b. Cette consigne prend une valeur qui ne peut être atteinte par le bruit 51 ou d'éventuel parasite mais qui est largement dépassée par les pics d'amplitude de tension ou de courant images de la fermeture des contacts. Le fonctionnement du multiplexeur fréquentiel est le suivant. Le générateur 21 à fréquence variable délivre en continu un signal sinusoïdal qui balaye une bande de fréquences comprises entre une valeur basse 30 et une valeur haute 31 suivant une rampe et selon une période déterminée 32 pour former un signal 28a sinusoïdal à fréquence variable. Ce signal est transmis aux conducteurs 2a et 2b. Si tous les contacts montés en parallèle sur les conducteurs 2a et 2b sont ouverts, l'amplitude de tension fournie par la résistance 25 est constante quelle que soit la fréquence balayée et est nf inférieure à la consigne 50. Le courant consommé dans les conducteurs 2a et 2b est alors faible. Dès qu'un contact est passant, ici par exemple le contact 7, il apparaît un pic 38 d'amplitude de courant dans la résistance 25 exclusivement au moment où la fréquence balayée par le par le générateur 21 correspond à la fréquence propre de résonance du composant passif 13 relié électriquement au contact 7. Si l'amplitude de courant dépasse la consigne 50, un contact est considéré comme passant. La fréquence du signal 28a, au moment où se produit le ou les pics d'amplitude de courant, est comparée avec la fréquence de résonance de chaque composant passif. Il est alors facile de déterminer l'adresse du ou des contacts passants. Le principe de fonctionnement est identique pour le contact 9 ou tous les autres contacts raccordés sur les conducteurs 2a et 2b. Le fonctionnement du moyen automatique de contrôle est le suivant. Les composants passifs 24 et 24a sont reliés directement aux conducteurs 2a et 2b. Comme ils ne sont pas asservis à la fermeture d'un contact, ces composants deviennent passant à chaque fois que la fréquence du signal 28a correspond à leur propre fréquence de résonance, c'est-à-dire qu'on observe deux pics d'amplitude de courant 40 et 40a sur chaque période du signal 28a. La présence du pic 40 atteste donc de la validité et du bon fonctionnement du moyen de génération 17, et la présence du pic 40a atteste du bon état des conducteurs 2a et 2b. Le nombre de contact est illimité à la condition que chaque composant passif associé au contact utilise une fréquence différente et qu'un espace suffisant soit laissé entre chaque fréquence de façon à ce qu'il n'y ait pas de superposition entre les différentes bandes de fréquence des composants passifs. Bien entendu, la vitesse de balayage du générateur 21 et la vitesse de scrutation du récepteur 18 sont nécessairement supérieures à la vitesse de commutation des contacts, ceci pour éviter toutes pertes d'informations. Ce multiplexeur fréquentiel est particulièrement insensible aux perturbations électromagnétiques car chaque bande de fréquence de résonance des composants passifs est particulièrement étroite. Ceux-ci sont donc vulnérables sur une ériodeextrêmementfaible.Deplus le fait d'être libre d'utiliser une plage de fréquence du moyen de génération 17 permet de se mettre à l'abri des fréquences perturbantes. Ce multiplexeur est apte à fonctionner dans des ambiances déflagrantes car les courants mis es je ne peuvent provoquer des étincelles. REVENDICATIONS 1. Multiplexeur fréquentiel destiné à fournir l'état et l'adresse d'au moins un contact (5-9) tout ou rien à un automatisme (A) par l'intermédiaire de deux conducteurs (2a) et (2b), caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de génération (17) d'un signal fréquentiel, un composant passif (11-15) relié électriquement à un contact et un récepteur (18) apte à déterminer l'état et l'adresse dudit contact. 2. Multiplexeur fréquentiel selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de génération (17) d'un signal fréquentiel est constitué d'un étage de commande (17a) et d'un étage de puissance (17b). 3. Multiplexeur fréquentiel selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étage de commande (17a) comprend un générateur (21) à fréquence variable délivrant un , zignai---signal sinusoïdal (28) selon un balayage fréquentiel cyclique (42) géré par une base de temps (20). 4. Multiplexeur fréquentiel selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étage de puissance (17b) est relié aux deux conducteurs (2a, 2b) soit directement, soit au travers d'un transformateur (23). 5. Multiplexeur fréquentiel selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant passif (11-15) est monté électriquement en série avec le contact (5-9), chaque extrémité libre (5a-9a) du contact et du composant (lla-15a) étant reliée à un des conducteurs (2a, 2b). 6. Multiplexeur fréquentiel selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'à chaque contact (5-9) correspond un composant passif (11-15), chaque composant entrant en résonance à une fréquence propre audit composant toutes différentes les unes des autres. 7. Multiplexeur fréquentiel selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque composant passif (11-15) présente une impédance faible à sa fréquence de résonance. 8. Multiplexeur fréquentiel selon la revendication 7, caractérisé en ce que le composant passif (Il, 15) est du type filtre céramique, quartz ou filtre LC. 9. Multiplexeur fréquentiel selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récepteur (18) est apte à mesurer un courant fourni par le moyen de génération (17) dans le conducteur (2b). 10. Multiplexeur fréquentiel selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récepteur (13) est apte à mesurer la tension fournie par le moyen de génération (17) dans le conducteur (2b). 11. Multiplexeur fréquentiel selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le récepteur (18) est constitué d'une résistance (25), d'un étage de mesure (18a) et d'un étage de comparaison (18b). 12. Multiplexeur fréquentiel selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étage de comparaison (18b) confronte une amplitude du signal (27b) délivré par l'étage de mesure avec une consigne (50) prédéterminée. 13. Multiplexeur fréquentiel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque amplitude de signal (27b) est l'image de l'état d'un contact (5-9). 14. Multiplexeur fréquentiel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'adresse des contacts (5-9) est déterminée par corrélation entre la fréquence du signal délivré par le moyen de génération (17) et la fréquence de résonance des composants actifs (11-15). 15. Multiplexeur fréquentiel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen automatique de contrôle (24, 24a) de bon fonctionnement. 16. Multiplexeur fréquentiel selon la revendication 15, caractérisé en ce que le moyen automatique de contrôle (24, 24a) est constitué par un composant passif relié directement aux deux conducteurs (2a) et (2b), l'un (24) disposé au plus près du moyen de génération (17) dans la partie (3), l'autre (24a) disposé au plus près des contacts dans la partie (1).