Brevet FR2924287A1 — publié le 20090529

Module d'entrées analogiques pour équipement d'automatisme La présente invention se rapporte à un module d'entrées analogiques pour équipement d'automatisme. Ce type de modules d'entrées analogiques est plus particulièrement employé dans un équipement d'automatisme de sécurité. Un automate programmable ou PLC ("Programmable Logical Controller") est un équipement d'automatisme capable de piloter, commander et/ou surveiller un ou plusieurs process, notamment dans le domaine des automatismes industriels, du bâtiment ou de la distribution électrique. De construction généralement modulaire, un automate programmable PLC est composé de différents modules qui communiquent entre eux par un bus de transmission, appelé généralement bus "fond de panier" (appelé aussi bus "backplane"). Les modules sont fixés mécaniquement dans un rack, lequel comprend un circuit imprimé qui supporte également le bus fond de panier ainsi que les éléments de connexion destinés à coopérer avec des connecteurs présents généralement sur la partie arrière des modules de manière à réaliser la liaison nécessaire entre les modules et le bus. Le nombre de modules dépend bien entendu de la taille et du type de process à automatiser. Typiquement, un automate programmable peut comporter : - un module d'alimentation fournissant les différentes tensions aux autres modules à travers le bus fond de panier, - un module unité centrale UC qui comporte un logiciel embarqué ("firmware") intégrant un système d'exploitation OS temps réel, et un programme d'application, ou programme utilisateur, contenant les instructions à exécuter par le logiciel embarqué pour effectuer les opérations d'automatisme souhaitées. Le module UC comporte aussi généralement une connexion en face avant vers des outils de programmation de type ordinateur personnel PC. - des modules d'entrées/sorties E/S de divers types en fonction du process à commander, tels que E/S numériques ou TOR, analogiques, de comptage, etc. Ces modules E/S sont reliés à des capteurs et des actionneurs participant à la gestion automatisée du process. - un ou plusieurs modules de communication vers des réseaux de communication (Ethernet, CAN, ...) ou des interfaces homme-machine (écran, clavier,...). A titre d'exemple, un module d'entrées/sorties peut comporter entre 1 à 32 voies E/S, un automate PLC pouvant être capable suivant les modèles de gérer plusieurs centaines de voies E/S. En cas de besoin, plusieurs racks sont donc connectés entre eux dans un même PLC. Ainsi, en fonction de l'application et du process à automatiser, un automate PLC peut comporter un grand nombre de modules. C'est l'utilisateur de l'automate PLC qui décide donc du nombre et du positionnement des modules dans un rack, en fonction de son application. Un module d'entrées analogiques d'un équipement d'automatisme comporte une ou plusieurs voies d'entrées et est doté, pour chaque voie de mesure, d'un circuit électronique d'acquisition de mesure. Le circuit électronique d'acquisition comporte notamment une résistance de mesure, dite résistance de précision. Certains modules d'entrées analogiques sont employés dans des applications dites de sécurité et doivent donc garantir un certain niveau de sécurité. Pour garantir un certain niveau de sécurité dans les mesures effectuées par un module, il est nécessaire de pouvoir surveiller l'état de la résistance de mesure au cours du temps. Le but de l'invention est donc de proposer un module d'entrées analogiques dans lequel il est possible de surveiller l'état de la résistance de mesure. Ce type de module est particulièrement adapté pour être employé dans des applications de sécurité. Ce but est atteint par un module d'entrées analogiques pour équipement d'automatisme, ledit module comportant une ou plusieurs voies d'entrées, chaque voie comprenant un circuit électronique d'acquisition de mesure, ledit circuit électronique d'acquisition comprenant : au moins trois résistances arrangées entre elles de manière à définir deux points distincts de mesure de tension, l'une au moins des trois résistances étant une résistance de mesure, des moyens de mesure de tension aptes à mesurer deux tensions aux deux points de mesure de tension, des moyens de conversion des deux tensions mesurées en deux signaux numériques, des moyens de vérification d'un ratio entre les deux signaux numériques obtenus, afin de vérifier le fonctionnement de la voie d'entrée. Selon un premier mode de réalisation, le circuit électronique d'acquisition de mesure comporte quatre résistances, réparties sur deux branches en parallèle portant chacune deux résistances en série et en ce que les deux points de mesure de tension sont situés au point milieu de chaque branche. Selon une particularité de ce second mode de réalisation, chaque branche du circuit électronique d'acquisition porte une résistance de mesure. Selon une autre particularité de ce second mode de réalisation, le circuit électronique d'acquisition de mesure comporte des moyens de détermination d'un signal d'entrée par addition des deux signaux numériques obtenus. Selon un second mode de réalisation, le circuit d'acquisition comporte trois résistances montées en série et les deux points de mesure de tension sont situés entre une première résistance et une seconde résistance et entre la seconde résistance et une troisième résistance. Selon l'invention, le module comprend deux canaux de mesure associés chacun à un point de mesure de tension. Les moyens de conversion comprennent alors un convertisseur analogique-numérique pour chaque canal de mesure. L'invention concerne également un équipement d'automatisme comportant un module d'entrées analogiques tel que défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente fonctionnellement une première variante de réalisation d'un circuit électronique d'acquisition de mesure employé dans un module d'entrées analogiques, la figure 2 représente fonctionnellement une seconde variante de réalisation d'un circuit électronique d'acquisition de mesure employé dans un module d'entrées analogiques. Un module d'entrées analogiques comporte typiquement une ou plusieurs voies d'entrées se présentant sous la forme de bornes distinctes sur lesquelles sont par exemple connectés des capteurs. Un capteur est ainsi connecté sur chaque voie du module entre une borne d'entrée 1 et un point de référence 2 (0 Volt), le point de référence 2 pouvant être commun à toutes les voies du module. Lorsque le module comporte des voies d'entrées analogiques, il reçoit donc d'un capteur un signal représentatif d'une mesure se présentant sous la forme d'un courant électrique d'entrée IE. Sur les figures 1 et 2, la partie capteur est représentée en pointillés et est schématisée sous la forme d'un générateur de courant créant le courant d'entrée IE. Pour chaque voie d'entrée du module, le module comporte un circuit électronique d'acquisition de mesure permettant notamment de traiter et d'interpréter le courant d'entrée IE reçu du capteur. Pour cela, le circuit électronique d'acquisition de chaque voie comporte une résistance de mesure afin de générer une tension mesurable à partir du courant d'entrée IE. Cette résistance de mesure est une résistance de précision qui permet d'obtenir une grande précision dans la mesure du courant d'entrée. L'invention consiste à pouvoir surveiller l'évolution de la résistance de mesure au sein du circuit électronique d'acquisition. Pour cela, le circuit électronique d'acquisition comporte au moins trois résistances arrangées entre elles de manière à définir deux points de mesure de tension distincts. Dans une première variante de réalisation représentée en figure 1, le circuit électronique d'acquisition de mesure comporte un pont de résistances disposé entre la borne d'entrée 1 et le point de référence 2. Ce pont de résistances comporte deux branches de circuits montées en parallèle sur chacune desquelles sont montées deux résistances en série (R1, R2, R3, R4). Chacune des deux branches comporte une résistance de mesure R1, R2 et une autre résistance R3, R4. Avec un tel arrangement, on crée ainsi deux points P1, P2 distincts de mesure de tension situés chacun au point milieu d'une branche du pont de résistance. Ainsi, grâce à des moyens de mesure de tension, on mesure une première tension V1 aux bornes de la première résistance de mesure R1 et une seconde tension V2 aux bornes de la seconde résistance de mesure R2. Les deux tensions V1, V2 mesurées sont ensuite traitées via deux canaux de mesure différents Cl, C2. Chaque canal de mesure Cl, C2 comporte un convertisseur analogique-numérique ADC1, ADC2 permettant de convertir la tension mesurée V1, V2 sur chaque branche en un signal numérique S1, S2. Les deux signaux numériques S1, S2 obtenus en sortie des convertisseurs analogique-numérique ADC1, ADC2 sont ensuite traités par des moyens de traitement du module analogique. Les moyens de traitement calculent le ratio S1/S2 entre les deux signaux numériques S1, S2 obtenus et vérifient si ce ratio S1/S2 évolue au cours du temps par rapport au ratio R1/R2 entre les valeurs des résistances. Toute évolution du ratio S1/S2 signifie que l'une des résistances R1, R2, R3, R4 du pont de résistances présente un défaut. En effet, si une des résistances R1, R2, R3, R4 d'une branche du pont se dégrade, la tension aux bornes de cette résistance évolue ce qui se répercute sur la valeur du ratio S1/S2 calculée. Tant que la valeur du ratio S1/S2 est constante et égale au ratio R1/R2 entre les résistances, cela signifie que les résistances du pont de résistances, et notamment les deux résistances de mesure R1, R2, sont toujours en parfait état de marche et donc que la mesure du courant d'entrée IE est correcte. Bien entendu, il est envisageable que deux défauts présents en même temps sur les résistances se compensent et que le ration calculé ne varie pas malgré ces deux défauts. Cependant cette dernière situation est très improbable, d'autant plus que les résistances R1 et R2 ne sont pas du même type que les résistances R3, R4 et qu'elles présentent des valeurs différentes. Par ailleurs, dans cette première variante de réalisation, afin de reconstituer l'image du courant d'entrée IE, les moyens de traitement additionnent les deux signaux numériques S1, S2 obtenus dans chaque canal de mesure Cl, C2. Dans une deuxième variante de réalisation représentée en figure 2, le circuit électronique d'acquisition de mesure comporte trois résistances R1', R2', R3' montées en série entre la borne d'entrée 1 et le point de référence 2. Cette variante de réalisation n'utilise qu'une seule résistance de mesure R1' puisque les résistances sont montées en série. Un premier point P1' de mesure de tension est définie sur le circuit entre la résistance de mesure R1' et une seconde résistance R2' et un second point P2' de mesure de tension est définie entre la seconde résistance R2' et une troisième résistance R3'. A l'aide des moyens de mesure de tension, on mesure une première tension V1' aux bornes de la résistance de mesure R1' et une seconde tension V2' aux bornes de la résistance de mesure R1' et de la seconde résistance R2'. Comme précédemment, les deux tensions V1', V2' mesurées sont traitées dans deux canaux de mesure Cl, C2 distincts portant chacun un convertisseur analogique-numérique ADC1, ADC2. Les deux tensions mesurées V1', V2' sont alors converties en deux signaux numériques Si', S2' par les convertisseurs ADC1, ADC2. Les moyens de traitement calculent ensuite le ratio S1'/S2' entre les deux signaux numériques Si', S2' obtenus et vérifient l'évolution de ce ratio au cours du temps par rapport au ratio R1'/(R1'+R2') entre les valeurs des résistances. Si le ratio S1'/S2' évolue par rapport au ratio R1'/(R1'+R2'), cela signifie que la valeur de l'une des résistances du circuit d'acquisition a évolué. En revanche si le ratio est constant et correspond toujours à R1'/(R1'+R2'), cela signifie que les résistances sont toujours en parfait état de marche et donc que la mesure du courant d'entrée IE est correcte. En revanche, dans cette seconde variante de réalisation, contrairement à précédemment, l'image du courant d'entrée IE n'a pas à être reconstitué car la mesure de la tension V1' aux bornes de la résistance de mesure R1' et le signal Si' obtenu suffisent pour avoir une image du courant d'entrée IE. Bien entendu, dans les deux variantes de réalisation décrites ci-dessus, pour surveiller l'état des résistances, il est tout à fait possible de vérifier un ratio différent à partir des mesures de tension réalisées aux bornes d'autres résistances que R1, R2, R1' et R2'. Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Module d'entrées analogiques pour équipement d'automatisme, ledit module comportant une ou plusieurs voies d'entrées, chaque voie comprenant un circuit électronique d'acquisition de mesure, ledit circuit électronique d'acquisition comprenant : au moins trois résistances (R1, R2, R3, R4, R1', R2', R3') arrangées entre elles de manière à définir deux points (P1, P2, P1', P2') distincts de mesure de tension, l'une au moins des trois résistances étant une résistance de mesure, des moyens de mesure de tension aptes à mesurer deux tensions aux deux points (P1, P2, P1', P2') de mesure de tension, des moyens de conversion (ADC1, ADC2) des deux tensions mesurées en deux signaux numériques (Si, S2, Si', S2'), des moyens de vérification d'un ratio entre les deux signaux numériques (Si, S2, Si', S2') obtenus, afin de vérifier le fonctionnement de la voie d'entrée. 2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit électronique d'acquisition de mesure comporte trois résistances (R1', R2', R3') montées en série et en ce que les deux points (P1', P2') de mesure de tension sont situés entre une première résistance (R1') et une seconde résistance (R2') et entre la seconde résistance (R2') et une troisième résistance (R3'). 3. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit électronique d'acquisition de mesure comporte quatre résistances (R1, R2, R3, R4), réparties sur deux branches en parallèle portant chacune deux résistances en série et en ce que les deux points (P1, P2) de mesure de tension sont situés au point milieu de chaque branche. 4. Module selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque branche porte une résistance de mesure (R1, R2). 5. Module selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le circuit électronique d'acquisition de mesure comporte des moyens de détermination d'un signal d'entrée (IE) par addition des deux signaux numériques (Si, S2) obtenus. 6. Module selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend deux canaux (Cl, C2) de mesure associés chacun à un point (P1, P2, P1', P2') de mesure de tension. 7. Module selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de conversion (ADC1, ADC2) comprennent un convertisseur analogique-numérique pour chaque canal de mesure (Cl, C2). 8. Equipement d'automatisme, caractérisé en ce qu'il comporte un module d'entrées analogiques tel que défini dans l'une des revendications 1 à 7.