Brevet FR3090251A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : Multiplexeur HART Domaine technique [0001] La présente invention concerne un multiplexeur de signaux HART. Technique antérieure [0002] Un multiplexeur HART est un dispositif configuré pour échanger avec des systèmes instrumentés des signaux selon le protocole sous le nom « HART» (Highway Addressable Remote Transducer). Ce protocole HART est décrit dans le standard IEC 61784-1. [0003] Différents multiplexeurs HART sont connus. On connaît notamment les modèles K- System et H-System commercialisés par l'équipementier Pepperl-Fuchs, le modèle MTL4854 commercialisé par l'équipementier Eaton, et le modèle 9192 commercialisé par l'équipementier R.STAHL. [0004] Ces multiplexeurs ne donnent toutefois pas entière satisfaction. Avec de tels dis- positifs, il est malaisé dc corréler temporellement des données de fonctionnement des systèmes instrumentés et de comprendre l'évolution de leur dégradation en fonction de leur sollicitation. Exposé de l'invention [0005] Un but de l'invention est de surmonter les inconvénients précités. 100061 11 est dès lors proposé, selon un premier aspect de l'invention, un multiplexeur de signaux HART, comprenant une unité de traitement configurée pour horodater des signaux selon le protocole HART échangés avec au moins un système instrumenté. 100071 Le multiplexeur selon le premier aspect de l'invention peut également comprendre les caractéristiques optionnelles suivantes, prises seules ou en combinaison lorsque cela est techniquement possible. 100081 De préférence, les signaux horodatés comprennent une commande émise par le mul- tiplexeur demandant à un système instrumenté des informations sur l'état du système instrumenté et/ou une réponse émise par un système instrumenté comprenant de telles informations. 100091 De préférence, le multiplexeur comprend une interface de communication avec un système de surveillance, pour transmettre au système de surveillance des informations reçues du système instrumenté, et/ou pour recevoir du système de surveillance des commandes à transmettre au système instrumenté dans des signaux selon le protocole HART. 100101 De préférence, l'unité de traitement est configurée pour vérifier si une commande reçue du système de surveillance à transmettre au système instrumenté est supportée 2 par ce système instrumenté, en interrogeant une base de données associant des systèmes instrumentés avec des commandes supportées par ce système instrumenté, et pour retourner au système de surveillance un message d'erreur si la commande reçue n'est pas supportée. [0011] De préférence, l'interface de communication avec le système de surveillance est de type Ethernet. [0012] De préférence, l'interface de communication est configurée pour que les échanges de données avec le système de surveillance soient conformes au protocole de communication TEC 62541. [0013] De préférence le multiplexeur comprend différentes interfaces de communication HART configurées pour échanger des signaux selon le protocole HART avec différents systèmes instrumentés en parallèle. [0014] De préférence, l'unité de traitement est configurée pour déclencher l'envoi simultané de commandes à plusieurs systèmes instrumentés, les commandes demandant aux systèmes instrumentés des informations sur leurs états respectifs. [0015] De préférence, l'unité de traitement est reliée aux différentes interfaces de commu- nication HART par des liaisons de type UART. [0016] Il est également proposé un système comprenant une vanne de centrale nucléaire, et un multiplexeur selon le premier aspect de l'invention configure pour échanger des signaux selon le protocole HART avec la vanne. [0017] 11 est également proposé, selon un deuxième aspect de l'invention, un procédé mis en oeuvre par un multiplexeur de signaux HART selon le premier aspect de l'invention, comprenant l'horodatage de signaux selon le protocole HART échangés avec un système instrumenté. Brève description des dessins [0018] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la des- cription qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés. [0019] [fig.1] La figure 1 illustre de façon schématique un système comprenant un multiplexeur selon un mode de réalisation de l'invention et des systèmes instrumentés. [0020] [fig.2] La figure 2 est une vue schématique d'un multiplexeur de signaux HART, selon un premier mode de réalisation de l'invention. [0021] [fig.3] La figure 3 est un organigramme d'étapes d'un procédé selon un mode de réalisation de l'invention. 3 100221 Ifig.41 La figure 4 est une vue schématique d'un multiplexeur de signaux HART, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. [0023] Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. Description des modes de réalisation [0024] En référence à la figure 1, un système comprend un multiplexeur 1 de signaux HART, une pluralité de systèmes instrumentés 2 et un système de surveillance. [0025] Chaque système instrumenté 2 comprend conventionnellement un actionneur et au moins un capteur apte à mesurer des paramètres de fonctionnement du système instrumenté 2. [0026] L'actionneur est configurable dans au moins deux états différents par le contrôle- commande 5 représenté en figure 1 via des boucles de courant allant de 4 à 20 milliampères. Par exemple, l'actionneur est une vanne de centrale nucléaire susceptible d'être configurée dans une position ouverte et une position fermée. [0027] Le capteur est configure pour acquérir des données relatives à l'actionneur, et en par- ticulier des données relatives à son état. [0028] Chaque système instrumenté est capable de recevoir des commandes HART demandant des informations sur l'état interne du système instrumenté 2. Il est à noter toutefois qu'il existe une multiplicité de commandes HART de ce type, qui diffèrent les unes des autres par les informations demandées. Par exemple, la commande HART « CMD 3 » demande 4 valeurs primaires relatives à l'état interne d'un système instrumenté. Par ailleurs, il convient de noter que chaque système instrument est capable de traiter un jeu de commandes HART qui lui est propre, en fonction des informations dont il dispose en interne. [0029] Le multiplexeur I est configure pour échanger des signaux selon le protocole HART mentionné en introduction avec chacun des systèmes instrumentés 2. [0030] Le dispositif de contrôle commande 5 transmet aux systèmes instrumentés 2 des commandes d'actionnemcnt afin de configurer chacun d'eux dans l'état requis par l'exploitation du procédé physique. [0031] Il est à noter que les liaisons qui permettent au multiplexeur 1 de communiquer avec les systèmes instrumentés 2 sont indépendantes des boucles de courant, sans que ces boucles ne soient ouvertes. Lorsque ces liaisons sont filaires, ces liaisons impliquent des câblages en parallèles de ces boucles de courant. Ces liaisons peuvent toutefois être sans fil (de type radiofréquence, abrégé en RF dans la suite). [0032] Le multiplexeur 1 est configuré pour être alimenté par une source de courant continu de 12 à 24 volts. [0033] Le système de surveillance 4, prenant par exemple la forme ou comprenant un terminal utilisateur destiné à être utilisé par un technicien en charge du suivi des systèmes instrumentés 2. [0034] En référence à la figure 2, le multiplexeur 1 comprend une unité de traitement 10, 12, une pluralité d'interfaces de communication HART 14 avec les différents systèmes instrumentés 2, et une interface de communication 16 avec le système de surveillance 4. [0035] Chaque interface de communication HART 14 du multiplexeur 1 est configurée pour communiquer sélectivement avec un des systèmes instrumentés 2. Les interfaces 14 sont capables d'être sollicitées en parallèle. [0036] Les interfaces de communication HART 14 sont reliées aux systèmes instrumentés 2 par des liaisons filaires. [0037] Ces interfaces de communication HART 14 comprennent par exemple des modems de type AD5700. Chaque modem HART comprend un port GND de liaison à la terre via un port GND et comprend un port d'entrée/sortie via lequel des signaux HART peuvent être transmis à un système instrumenté 2 ou reçus d'un tel système instrumenté 2. [0038] Les interfaces de communication HART 14 sont reliées à l'unité de traitement 10, 12 par des liaisons respectives de type UART. [0039] L'interface de communication 16 avec le système de surveillance 4 est de type Ethernet. De préférence, elle est configurée pour que les échanges de données avec le système de surveillance 4 soient conformes au protocole IEC 62541, également connu sous le nom OPC-UA. Recourir à ce protocole permet de garantir l'intégrité et la confidentialité des données échangées entre le multiplexeur 1 et le système de surveillance 4. [0040] L'interface de communication 16 avec le système de surveillance 4 est reliée à l'unité de traitement IO, 12 du multiplexeur 1. [0041] De façon générale, l'unité de traitement 10, 12 est configurée pour horodater des signaux selon le protocole HART échangés avec un système instrumenté 2. [0042] L'unité de traitement 10, 12 comprend par exemple un microcontrôleur 10 et un circuit à logique programmable 12. [0043] Le microcontrôleur 10 comprend ou est relié à une mémoire qui mémorise une base de données BD. Cette base de données BD comprend des caractéristiques de chacun des systèmes instrumentés 2. Ces caractéristiques comprennent, pour chaque système instrumenté 2, une liste de commandes HART que le système instrumenté 2 est apte à traiter. Ces caractéristiques peuvent également comprendre un numéro de version de micrologiciel (« finnware ») et/ou un numéro de version de matériel. [0044] Le microcontrôleur 10 est par exemple une plateforme Raspberry Pi. [0045] Le microcontrôleur 10 est par ailleurs configuré pour implémenter le protocole de communication IEC 62541 précité. On entend par là que le microcontrôleur 10 est capable d'analyser le contenu de trames conformes à ce protocole, reçues par l'interface de communication 16 avec le système de surveillance 4, et/ou capable de générer de telles trames cncapsulant des données utiles, en vue de leur transmission au système de surveillance 4 via l'interface de communication 16. [0046] Le circuit à logique programmable 12 est quant à lui configure pour piloter l'envoi simultané de plusieurs commandes HART sur plusieurs interfaces de communication HART, à destination des systèmes instrumentés 2 correspondants. [0047] Le circuit à logique programmable 12 comprend par ailleurs un tampon (« buffer ).>) pour stocker temporairement des commandes HART et des réponses HART. [0048] En référence à la figure 3, un procédé mis en oeuvre par le multiplexeur 1 comprend les étapes suivantes. [0049] Lors d'une mise sous tension du multiplexeur 1, les différents composants du mul- tiplexeur 1 s'initialisent. [0050] Le multiplexeur 1 vérifie notamment que le circuit à logique programmable 12 s'est initialisé dans un délai Ti prédéterminé. Dans la négative, une erreur est signalée. Cette erreur est par exemple notifiée à un utilisateur au moyen de LED, ou est remontée au système de surveillance 4. Cette vérification est mise en oeuvre par le circuit 12 lui-même, qui dispose d'un compteur de temps à cet effet. [0051] Si le circuit à logique programmable 12 s'est initialisé dans le délai Tl prédéterminé, ce circuit 12 détecte les systèmes instrumentés 2 actifs connectés au multiplexeur 1. Cette détection comprend par exemple l'émission de la commande « CMD 0» du protocole HART à tous les systèmes instrumentés 2. [0052] Ensuite, le circuit 12 se met en attente de commandes. [0053] Ultérieurement, au moins une commande destinée à récupérer des informations concernant l'état interne d'au moins un des systèmes instrumentés 2 est émise par le système de surveillance 4 puis reçue par l'interface de communication 16 du multiplexeur 1, qui la transmet au circuit 12. Le multiplexeur peut ainsi recevoir du système de surveillance 4 une seule commande concernant un seul système instrumenté 2, ou bien une pluralité de telles commandes concernant plusieurs systèmes instrumentés 2 différents. [0054] Le microcontrôleur 10 génère au moins une commande HART à partir de la commande reçue (une par système instrumenté 2 à interroger). [0055] De préférence, le microcontrôleur 10 interroge la base de données BD afin de vérifier si la commande HART correspondant à la commande reçue du système de surveillance est supportée par le système instrumenté correspondant. Dans la négative, le micro-contrôleur remonte au système de surveillance un message d'erreur. [0056] La ou chaque commande HART supportée par le système instrumenté 2 cor- 6 respondant est transmise au circuit 12, qui les horodate. [0057] Chaque commande HART supportée est par ailleurs transmise à l'une des interfaces HART 14 via la liaison UART correspondante. L'interface HART 14 transmet ensuite la commande au système instrumenté 2 auquel elle est reliée. [0058] Il est à noter que lorsque plusieurs commande HART sont à transmettre à différents systèmes instrumentés 2, ces transmissions sont mises en oeuvre simultanément. [0059] Le circuit 12 démarre par ailleurs un compteur de temps au moment de l'envoi de la commande HART ou de chaque commande HART par le multiplexeur 1. [0060] Le circuit 12 se met à ce stade en attente d'une réponse de la part de chaque système instrumenté 2 auquel une commande HART a été envoyée. [0061] Si aucune réponse n'est reçue par le multiplexeur 1 via l' interface de communication HART 14 concernée dans un délai T2 prédéterminé depuis le démarrage du compteur de temps, une telle absence de réponse est signalée par le circuit 12 via un message indiquant le dépassement du délai. [0062] Si chaque réponse attendue est reçue dans le délai T2 prédéterminé, le circuit 12 horodatc la réponse. [0063] Chaque réponse émise par un système instrumenté 2 contient les informations concernant l'état de ce système 2, initialement demandé dans la commande HART correspondante. [0064] Par ailleurs, le microcontrôleur 10 génère au moins un message conforme au protocole IEC 62541 contenant la ou les informations remontées dans la ou chaque réponse reçue et collectée par le circuit 12. Le ou chaque message est émis par l'interface de communication 16 avec le système de surveillance 4. [0065] Le protocole HART est limité en débit (1200 bits/s). Ceci combiné avec le mode de communication « maitre-esclave » entre le multiplexeur 1 et les systèmes instrumentés 2 induit une forte dispersion des dates d'acquisition des données de fonctionnement des instrumentations. Ce qui pose un problème pour reconstituer un état global cohérent du procédé à partir de l'ensemble des données collectées. Horodater les commandes et les réponses subséquentes répond à ce problème. [0066] On a représenté en figure 4 un second mode de réalisation de multiplexeur 1, dans lequel les modems HART communiquant avec les différents systèmes instrumentés 2 sont remplacés par une unique interface de communication RF 18 avec l'ensemble de ces systèmes instrumentés 2. Cette interface de communication RF 18 est reliée au circuit à logique programmable par une liaison UART. Ce second mode de réalisation a pour avantage de réduire le câblage au minimum. [0067] De préférence, l'interface RF 18 comprend un circuit de transmission ayant un débit élevé (exemple : Weightless-P avec un débit de 100 Kbits/s, soit environ 80 fois supérieur à celui du HART ou une solution exclusive EDF appelée OCARI : débit de 7 250 Kbits/s) capable de communiquer en parallèle (par diffusion/broadcast) à l'ensemble des systèmes instrumentés 2. Cette variante présente l'avantage de préserver la structure des trames HART circulant sur le support filaire alors qu'une solution comme WirelessHART exige une nouvelle structure des trames HART adaptée au médium RF. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7]