Brevet FR2865871A1 — publié le 20050805

Système et procédé de communication par courant porteur dans un réseau d'éclairage La présente invention a trait à un système et un procédé de communication de données par courant porteur dans un réseau d'éclairage comportant au moins un régulateur de courant, une ligne d'alimentation électrique de grande longueur, une pluralité de lampes d'éclairage, un module de contrôle de lampe associé à une lampe d'éclairage ainsi qu'une unité de contrôle de ce module. Plus particulièrement, l'invention a trait à un tel système et procédé de communication de données par courant porteur, dans un réseau de balisage aéroportuaire. La communication entre les lampes ou feux de balisage et les unités de contrôle est de plus en plus utilisée dans les réseaux de balisage aéroportuaire. Cette communication s'effectue par 2865871 2 réseau dédié, par réseau sans fil, ou alors, par courant porteur. La communication par courant porteur est bien adaptée aux réseaux d'énergie de grande longueur, dont les boucles de balisage font partie. Le principe de communication couramment employé dans ce domaine est la communication par modulation FSK (Frequency Shift Keying). Dans une communication par modulation FSK, chaque 0 ou 1 binaire à transmettre est représenté par une fréquence distincte. A la réception, ces fréquences distinctes sont démodulées par un dispositif de type PLL (Phase Locked Loop) et décodées en 0 ou 1 binaires. La transmission des bits d'information est séquentielle. Ce principe de communication impose des fréquences élevées devant celles du signal de puissance allant, en pratique, de quelques dizaines à quelques centaines de kHz. De ce fait, le flux de données de chaque élément communiquant est transmis dans un temps raisonnable. Néanmoins, ce principe de communication présente de nombreux inconvénients. Les circuits de puissance n'étant pas initialement conçus pour une transmission de signaux hautes fréquences sur de grandes distances allant jusqu'à plusieurs dizaines de kilomètres, un des principaux 2865871 3 problèmes à résoudre est l'atténuation de ligne, qui impose des conditions de travail proches de la perte de signal et une répétition des messages transmis, la détection se faisant alors par corrélation et vraisemblance entre un certain nombre de messages supposés identiques. C'est la raison pour laquelle certains constructeurs proposent de shunter les parties de boucles d'un réseau ou les transformateurs non concernés, évitant ainsi leur atténuation propre. De plus, la ligne de puissance, qui est formée alternativement de câbles et de transformateurs de balisage, est constamment sollicitée par des courants forts à des températures susceptibles de varier de plusieurs dizaines de degrés. Il en résulte un vieillissement accéléré de la ligne qui s'accompagne d'un changement des caractéristiques électriques du câble de balisage pouvant conduire à des échauffements anormaux débouchant parfois sur des incendies. A ce jour, aucun système ne permet de mesurer ce vieillissement et de desceller une anomalie dans les câbles ou les transformateurs avant qu'un incident ne se produise. En outre, un calcul rapide montre que les signaux utilisés possèdent une longueur d'onde du même ordre de longueur que la longueur des boucles du réseau elles-mêmes. Il existe donc, dans certains cas, des phénomènes dits de ventres et de noeuds correspondant à des amplifications ou des atténuations qui dépendent de la géométrie de la 2865871 4 boucle. La présence de ces phénomènes de résonance oblige parfois certains constructeurs à placer des éléments résonnants série ou parallèle formant des bouchons qui viennent shunter certaines parties de boucles. Cependant, il est bien entendu que toutes modifications d'une boucle, par exemple, par ajout ou suppression de balises, modifie l'état des résonances du système et impose une reconsidération du problème. Par ailleurs, certaines sections des différentes boucles de balisage se côtoient sur de longues distances, par exemple, plusieurs kilomètres. Dans ces conditions, les signaux rayonnés par un câble d'une boucle sont susceptibles de se retrouver induits dans le câble voisin et ceci, d'autant plus que les fréquences de travail sont importantes. Ce phénomène de diaphonie a deux conséquences importantes. Tout d'abord, il nécessite une sophistication du codage afin qu'il n'y ait pas de mélange des informations transmises dans des boucles séparées, d'où une diminution du flux d'information utile transmis. En pratique, il est quasiment obligatoire d'utiliser des câbles écrantés dès que l'on souhaite une transmission fiable sur une certaine longueur. Cet état de fait élimine plus de la moitié des installations existantes du marché. Lorsque l'installation est réalisée en câbles écrantés, il est alors nécessaire qu'elle fasse l'objet d'une surveillance appropriée et qu'elle ne présente pas de défauts dans le raccordement des 2865871 5 écrans ou de fuites à la terre. Cet état de fait est contradictoire avec la philosophie même du balisage série, qui se veut être un système de distribution extrêmement tolérant aux défauts de terre pour le balisage lui-même. De plus, les fréquences utilisées, de quelques dizaines de kHz, ne tolèrent pas non plus une valeur importante de la partie réactive de l'impédance de la boucle, c'est-à-dire du nombre de lampes défaillantes ou d'éléments non linéaires tels que des panneaux d'indication à tubes fluorescents ou des transformateurs à intensité constante. En définitive, tous les inconvénients précités, inhérents aux installations existantes d'un certain age ou plus ou moins bien entretenues, se traduisent par une vitesse de communication plus faible, un temps de réponse du système augmenté et une baisse de la fiabilité générale du système. L'invention a pour but de pallier aux inconvénients précités de l'état de la technique. La solution de l'invention a pour premier objet un système de communication de données dans un réseau d'éclairage par courant porteur comportant au moins un régulateur de courant, une ligne d'alimentation électrique de grande longueur, une pluralité de lampes d'éclairage, un module de contrôle de lampe associé à une lampe d'éclairage, ainsi qu'une unité de contrôle de ce module, caractérisé en ce que des bits bl, ... , bn d'un multiplet de données échangé 2865871 6 entre ladite unité et ledit module sont transmis, entre cette unité et ce module, de manière simultanée, dans des raies de fréquence F1, ..., Fn d'un canal de fréquence Ci spécifique. Elle a pour second objet un procédé de communication de données dans un réseau d'éclairage par courant porteur comportant un régulateur de courant, une ligne d'alimentation électrique de grande longueur, une pluralité de lampes d'éclairage, un module de contrôle de lampe associé à une lampe d'éclairage, ainsi qu'une unité de contrôle de ce module, caractérisé en ce que des bits bl, ... , bn d'un multiplet de données échangés entre ladite unité et ledit module sont transmis, entre cette unité et ce module, de manière simultanée, dans des raies de fréquence F1, Fn d'un canal de fréquence Ci spécifique. Les multiplets de données étant transmis de manière simultanée, et non pas séquentiellement, il est possible de communiquer une plus grande quantité d'information au sein du système sans pour autant que cela nécessite l'utilisation de hautes fréquences de quelques dizaines à quelques centaines de kHz et les inconvénients précités d'atténuation ou de vieillissement de ligne, de résonances, de diaphonie, de tolérance aux défauts ou de temps de réponse sont, dans une certaine mesure, résolus. Un objet additionnel de l'invention concerne un système de communication de données dans un réseau 2865871 7 d'éclairage par courant porteur comportant un régulateur de courant, une ligne d'alimentation électrique de grande longueur, une pluralité de lampes d'éclairage, un module de contrôle de lampe associé à une lampe d'éclairage, ainsi qu'une unité de contrôle de ce module, caractérisé en ce que le canal de fréquence Ci est compris dans une bande de fréquence allant d'environ 1 kHz à environ 7 kHz. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers et non limitatifs de l'invention. Cette description doit être lue au regard des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 montre, de manière schématique, une boucle d'un réseau de balisage aéroportuaire selon l'invention; la figure 2 illustre le principe de l'invention; la figure 3 représente les éléments constitutifs d'un module de commande de feux de balisage d'un système selon l'invention; et la figure 4 est un diagramme montrant les différentes étapes de réception de la communication par un module ou une unité de contrôle d'un système selon l'invention. 2865871 8 cela est plus particulièrement montré à la un système de communication de données réseau d'éclairage selon l'invention comporte au moins un régulateur 1 à courant constant, une unité 2 de contrôle commande de modules de lampe alimentée par le courant régulé du régulateur 1, une ligne d'alimentation électrique 3 formant une boucle primaire, un ensemble de lampes ou feux d'éclairage 4 connectés en série sur la ligne d'alimentation 3 au moyen d'un transformateur 5. Un module 6 de contrôle commande des lampes est généralement disposé entre chaque transformateur 5 et chaque lampe 4 qui lui est associée. Selon l'invention, L'unité 2 et les modules 6 comprennent des moyens pour émettre et recevoir des trames de données sur la ligne 3 par courant porteur. Chaque trame de données transmise est codée sous la forme d'une succession de multiplets, en pratique, une succession d'octets. Chaque octet de huit bits bl, b2, ..., b8 est représenté par huit fréquences distinctes et simultanées Fi, F2, ..., F8 accompagnées par une fréquence de contrôle F0. La fréquence Fl est associée au bit bi, la fréquence F2 est associée au bit b2 et ainsi de suite. Les trames ainsi composées transitent par le biais d'un canal de communication choisi Ci, chaque canal Ci étant affecté à une boucle de balisage. On a donc autant de canaux que de boucles de balisage. L'espacement fréquentiel entre deux raies Fi Fi+l d'un même canal est réduit à quelques dizaines d'Hertz, ce qui correspond à un espace suffisant pour assurer un Ainsi que figure 1, dans un 2865871 9 grand choix possible de canaux de transmission tout en permettant leur séparation. La fréquence de contrôle est utilisée pour assurer la cohérence des bits dans l'octet. Selon l'invention, chaque canal de fréquence Ci est compris dans une bande de fréquence allant d'environ 1 kHz à environ 7 kHz, soit bien en deçà des fréquences utilisées dans l'art antérieur pour la transmission de données par courant porteur dans un réseau d'éclairage. Deux canaux de communication Cl et C6 sont représentés à la figure 2. Le canal Cl présente 9 raies fréquentielles séparées de 100 Hz. La première raie fréquentielle est située à 1 kHz et la dernière raie est située à 1, 8 kHz. On a donc FO = 1 kHz, Fl = 1.1 kHz, F2 = 1.2 kHz, ..., F8 = 1.8 kHz. De même, le canal C6 présente 9 raies fréquentielles séparées de 100 Hz. Toutefois, dans le canal C6, la première raie fréquentielle est située à 6 kHz. Entre les canaux Cl et C6, les canaux C2, C3, C4 et C5, non représentés sur la figure, présentent de même 9 raies fréquentielles, la première raie desdits canaux C2, C3, C4 et C5 étant située, respectivement, aux fréquences suivantes: 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz et 5 kHz. Les raies fréquentielles constituant les octets de communication ont avantageusement toutes la même amplitude à l'émission. Le rapprochement de ces raies ainsi que le choix de la bande passante de chaque canal Ci de communication sont choisis de manière à minimiser les différences d'amplitude dans 2865871 10 un même canal. Ceci permet d'effectuer une corrélation des amplitudes de chaque raie reçue et par suite de mieux éliminer le bruit dans la bande passante utile. Les données du système de communication par courant porteur selon l'invention sont transmises sur la ligne d'alimentation 3, entre une unité 2 de contrôle commande des modules de commande contrôle des feux de balisage et lesdits modules 6. Dans ladite unité 2, comme dans lesdits modules 6, les octets reçus sont analysés par une unité de calcul numérique. Une telle unité comprend un processeur 60 tel que montré à la figure 3. Ce processeur 60 constitue le coeur du module 6. Il est directement connecté à des moyens d'alimentation 61, une interface 62 de communication et de filtrage, un capteur de courant 63 et il contrôle un commutateur 64 de la lampe 4. 1l effectue l'analyse des signaux reçus dans la bande de communication, l'analyse du courant traversant le feux de balisage 4 associé au module 6, le décodage et l'exécution des instructions provenant de l'unité 2 et le codage d'instructions ou acquittements à émettre sur la ligne de transmission. L'information utile est extraite des signaux provenant de l'interface de communication 62 montrée à la figure 4. Ces signaux sont échantillonnés en 600 puis une analyse 601 spectrale numérique desdits signaux est effectuée dans la bande de fréquence allant de 1 à 7 kHz. Les signaux sont par la suite 2865871 11 filtrés 602 puis les informations de communication sont extraites 603. Elles sont ensuite décodées en 604 et 605. Ainsi, à l'aide d'algorithmes de traitement du signal, l'information utile est extraite des signaux provenant de l'interface de communication. On notera qu'une redondance existe à deux niveaux, d'une part, au niveau contenu de la trame grâce à une somme de contrôle (checksum) et, d'autre part, au niveau du traitement numérique du signal où la durée de présence de l'information utile sur la ligne de balisage est significative devant l'occurrence du bruit dans cette même bande de communication. On comprend que, les fréquences restant basses, dans la bande allant de 1 kHz à 7 kHz, l'atténuation propre de la boucle de balisage et de ses éléments réactifs est minimale. Le système devient donc indépendant de la longueur des circuits de balisage et il n'est pas nécessaire de prévoir un dispositif de shuntage, qu'elle que soit l'installation. Par ailleurs, nous avons vu que les propriétés électriques des câbles et des transformateurs de balisage évoluent en fonction du temps. La variation dans le temps de l'amplitude et du déphasage des raies fréquentielles de communication fournit une information pertinente sur le vieillissement de la ligne de puissance. Auparavant, le remplacement des câbles de puissance n'avait lieu qu'après un incident ou un désastre. Grâce à l'invention, il est possible d'anticiper et de localiser, au module 2865871 12 près, les interventions sur les câbles électriques de puissance avant tout incident ou désastre, en calculant en permanence un coefficient de qualité . En effet, après l'étape d'extraction des informations de communication référencée 603 à la figure 4, les amplitudes et déphasages instantanés des fréquences de communication ainsi que les amplitudes et déphasages minimaux et maximaux des fréquences de communication sont mémorisées par le processeur numérique 60 en 606 et 607. Une comparaison de ces amplitudes et déphasages en 608 permet d'effectuer un diagnostique de la qualité de la ligne de balisage au point géographique du module et par suite de déterminer la santé de la ligne 610. Autrement dit, la surveillance de l'amplitude et du déphasage des canaux de transmission permet de suivre, au cours du temps, l'état de la ligne de transmission en lui affectant un facteur de qualité correspondant à son état de dégradation et de vieillissement. On notera que l'utilisation de toute la bande passante correspondant à l'ensemble de tous les canaux de communication permet de déterminer l'atténuation de base d'une ligne de balisage au module près par analyse des signaux de fréquence extrêmes contenus dans la première fréquence du premier canal et la dernière fréquence du dernier canal. On comprend en outre que les fréquences basses utilisées placent les canaux de transmission en deçà 2865871 13 de toute résonance de la boucle: le système devient quasiment indépendant de la configuration de l'installation. En particulier, les modifications des circuits de balisage, notamment par ajout ou retrait de portions entières du circuit, n'influent pas sur la qualité de transmission. De même, aucun circuit bouchon ou série n'est à prévoir pour l'amélioration de la transmission. Le système auto adaptatif du niveau d'émission permet d'émettre sur chaque boucle le niveau de signal juste nécessaire: le bruit transmis par diaphonie est donc réduit au minimum. Concernant le bruit de diaphonie restant, plusieurs canaux de transmission cohabitent dans la bande passante utilisée. Cela permet d'affecter des canaux différents aux boucles mitoyennes et une différentiation réelle des informations entre boucles. De cette manière, la suppression des erreurs d'adressage ou collisions dues à la diaphonie, associé à la réduction drastique du niveau de bruit transmis par diaphonie, autorise la communication dans des boucles non écrantées. Les fréquences employées, de quelques kHz, autorisent un fonctionnement fiable dans tous les cas courants de défauts pour lesquels le balisage doit fonctionner: défauts de terre, présence d'éléments réactifs, tels que lampes brûlées. Dans une large mesure, on peut affirmer que, du moment qu'une lampe est allumée, la communication au sein 2865871 14 du système est valide, quel que soit son état de dégradation. Enfin, la parallélisation des bits d'information permet de conserver un temps de réponse optimum malgré la valeur faible des fréquences constituant les canaux de transmission. De même, la réduction ou la suppression des défauts décrits permet l'optimisation du protocole de communication, sans perte de temps due à un rattrapage ou des corrections de code. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux réseaux comprenant des circuits séries de grandes longueurs que l'on trouve dans les dans le domaine du balisage aéroportuaire. D'autres réseaux, en particulier, des réseaux comprenant des circuits parallèles tels que les réseaux d'éclairage public, peuvent servir de support à la mise en oeuvre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système de communication de données dans un réseau d'éclairage par courant porteur comportant au moins un régulateur de courant, une ligne d'alimentation électrique de grande longueur, une pluralité de lampes d'éclairage, un module de contrôle de lampe associé à une lampe d'éclairage, ainsi qu'une unité de contrôle de ce module, caractérisé en ce que des bits bl, bn d'un multiplet de données échangés entre ladite unité et ledit module sont transmis entre cette unité et ce module, de manière simultanée, dans des raies de fréquence F1, Fn d'un canal de fréquence Ci spécifique. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal de fréquence Ci est compris dans une bande de fréquence allant d'environ 1 kHz à environ 7 kHz. 3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'espacement fréquentiel entre des raies Fi et Fi+1 d'un ensemble de raies F1, ..., Fn d'un même canal de fréquence Ci est réduit à quelques dizaines d'Hertz. 4. Système selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de lignes d'alimentation électriques de grande longueur et en ce que les données sont échangées dans des 2865871 16 canaux spécifiques, un canal étant affecté à une ligne d'alimentation. 5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les raies de fréquence d'un même canal ont la même amplitude. 6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les raies de fréquences Fi, F2, ..., F8 d'un canal Ci sont accompagnée d'une raie de fréquence de contrôle F0. 7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de contrôle de lampe et/ou l'unité de contrôle de modules comprennent une unité de calcul numérique capable d'effectuer une comparaison des amplitudes et déphasages des fréquences de communication en vue d'en déduire des informations sur l'état de dégradation de la ligne de transmission. 8. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réseau d'éclairage est un réseau de balisage aéroportuaire comprenant une pluralité de boucle de balisages, les lampes de balisage étant montée, dans lesdites boucles, en série. 9. Procédé de communication de données dans un réseau d'éclairage par courant porteur comportant un régulateur de courant, une ligne d'alimentation électrique de grande longueur, une pluralité de 2865871 17 lampes d'éclairage, un module de contrôle de lampe associé à une lampe d'éclairage, ainsi qu'une unité de contrôle de ce module, caractérisé en ce que des bits bl, ... , bn d'un multiplet de données échangés entre ladite unité et ledit module sont transmis entre cette unité et ce module, de manière simultanée, dans des raies de fréquence Fl, ..., Fn d'un canal de fréquence Ci spécifique.