FR2761160A1 - Dispositif de detection d'un defaut affectant un bus de terrain - Google Patents

Abstract

Dispositif de détection d'un défaut affectant un bus de terrain, notamment à un bus de terrain à bas niveau, le bus de terrain (B) étant destiné à relier un maître (M) et des esclaves (EN ) et comprenant deux fils (a, b) , un circuit d'alimentation (2) comportant une source d'alimentation (S) , et un contrôleur d'isolement (3) apte à détecter un défaut d'isolement sur un élément du bus, caractérisé en ce que le dispositif de détection (1) est associé au contrôleur d'isolement (3) et qu'il comprend au moins deux résistances (RA , RB ) disposées entre la terre et respectivement les deux fils (a, b) du bus de manière à créer un point de polarisation (P) dont le potentiel (Vp ) est comparé à deux tensions de seuil (VE , VF ) définies par les composants électriques du contrôleur d'isolement (3) .

Description

La présente invention concerne un dispositif de détection d'un défaut affectant un bus de terrain, par exemple un bus de terrain à bas niveau de type AS-lnterface (initiales de
Actuator sensor Interface).

Le bus ou réseau AS-lnterface est utilisé pour raccorder des capteurs et des actionneurs binaires à un cerveau de commande, tel qu'un automate programmable. II comprend un support de transmission de données et d'alimentation constitué d'un câble à deux fils, des circuits d'interface esclaves qui sont connectés au câble et associés aux capteurs et actionneurs, et un circuit d'interface maître qui est connecté au câble et associé au cerveau de commande et gère les échanges de données avec les capteurs et les actionneurs. Le câble réalise le support de transmission des signaux d'informations émis par les circuits maître et esclaves.

Le bus AS-lnterface est alimenté par un circuit d'alimentation couplé au câble. Le circuit d'alimentation comprend, de manière connue, une source d'alimentation et un circuit de découplage.

II est généralement associé au bus AS-lnterface un contrôleur d'isolement qui permet de détecter un défaut d'isolement sur un élément du réseau, tel qu'un défaut de terre, en vue d'assurer la sécurité des utilisateurs et'ou la sécurité des opérations à réaliser par les actionneurs. Lorsque le contrôleur a détecté un défaut, il communique l'événement à l'automate qui, à son tour, commande au circuit maître de ne plus envoyer d'informations aux circuits esclaves. Le contrôleur d'isolement est associé électriquement au câble en aval du circuit d'alimentation et en amont des circuits maître et esclaves.

Afin que le contrôleur d'isolement effectue son rôle de détection de défaut d'isolement correctement, il est nécessaire qu'il soit lui-même relié parfaitement à la terre; car si ce câblage à la terre arrive à être défectueux, le contrôleur ne joue plus son rôle et le défaut devient alors transparent pour l'automate.

Or, I'utilisateur suppose d'une manière générale que le câblage du contrôleur d'isolement à la terre est toujours conforme. Par conséquent, aucun moyen n'est actuellement mis en oeuvre pour vérifier systématiquement le câblage correct du contrôleur d'isolement.

L'invention vise donc à remédier à cet inconvénient en détectant de manière continue la présence éventuelle d'un défaut affectant un bus de terrain.

Dans ce but, le dispositif de détection selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est associé au contrôleur d'isolement et qu'il comprend au moins deux résistances dont l'une est disposée dans le contrôleur d'isolement entre un fil du bus et la terre et dont l'autre est disposée entre le fil opposé du bus et la terre de manière à créer un point de polarisation entre les deux fils du bus, ainsi qu'un organe comparateur apte à comparer le potentiel du point de polarisation à deux tensions de seuil définies par les composants électriques du contrôleur d'isolement.

La description faite ci-après en regard des dessins fera ressortir les caractéristiques et avantages de l'invention. Aux dessins annexés: - la figure 1 illustre un réseau AS-lnterface comprenant, selon l'invention, un dispositif de détection d'un défaut affectant ce réseau; - la figure 2 est une partie d'un schéma équivalent à une variante du dispositif de détection.

Le dispositif de détection 1, selon l'invention, d'un défaut de liaison à la terre d'un circuit électrique est plus particulièrement associé à un bus ou réseau de terrain de type AS
Interface (initiales de Actuator sensor Interface).

Un bus B de type AS-lnterface est utilisé pour connecter physiquement un circuit maître
M et des circuits esclaves EN. Le maître M est destiné à être associé à un cerveau de commande non représenté, tel qu'un automate programmable, ou un bus de niveau supérieur, et les esclaves E1 et EN sont destinés à être associés à des capteurs et actionneurs non représentés qui sont destinés à échanger des données avec le cerveau de commande, I'échange de données étant organisé par le maître.

Le bus B permet de véhiculer des signaux d'informations entre le maître M et les esclaves EN. Son support est constitué d'un câble non blindé à deux fils a et b de polarité opposée.

Le bus B est relié à un circuit d'alimentation 2 comprenant une source de tension continue S et un circuit de découplage 20.

Les fils a et b du bus sont respectivement connectés aux pôles positif et négatif de la source S.

Le circuit de découplage 20 permet de transformer des impulsions de courant, qui correspondent à un signal d'informations provenant du maître M ou d'un esclave EN, en des impulsions de tension qui sont aptes à être décodées par le destinataire associé, un esclave ou le maître.

Le circuit de découplage est constitué, de manière connue, de deux couples de composants électriques qui sont disposés en série sur les deux fils respectifs a et b du bus B et comprennent chacun en parallèle une résistance R et une inductance L. Les inductances L et les résistances R permettent de convertir les impulsions de courant émises par le maître M ou les esclaves EN en impulsions de tension.

Par ailleurs, deux condensateurs C de même capacité sont placés respectivement en série entre les deux fils a et b du bus B, entre la source S et le circuit de découplage 20.

Les condensateurs C permettent de réduire symétriquement le bruit sur les deux fils du bus.

Un contrôleur d'isolement 3 est associé au bus B en aval des circuits maître et esclaves.

II permet de détecter un défaut d'isolement sur un élément du réseau AS-lnterface.

Le contrôleur d'isolement 3 comprend au moins, de manière connue, un pont de résistances 30 et deux comparateurs 31 et 32.

Le pont de résistances 30 est disposé entre les deux fils a et b du bus et comporte trois résistances R1, R2 et R3 placées en série.

Le pont 30 présente deux points de connexion E et F, respectivement situés, entre les résistances R1, R2 et les résistances R2, R3. Les points E et F présentent respectivement des potentiels VE et VF qui dépendent de la tension Vbus entre les deux fils a et b du bus et des impédances des résistances R1, R2 et R3.

Les comparateurs 31 et 32 comportent chacun deux entrées G, H et respectivement J, K ainsi qu'une sortie Si et respectivement une sortie S2.

Les entrées G et J des comparateurs sont connectées respectivement aux points E et F du pont 31 dont les potentiels VE et VF constituent les tensions de seuil de comparaison des comparateurs.

Par ailleurs, deux inductances L1 connectées chacune respectivement aux fils a et b du bus B permettent d'éviter que le contrôleur d'isolement soit de nature capacitive par rapport au bus.

Le dispositif de détection 1 de l'invention est associé au contrôleur d'isolement 3 pour détecter la mise à la terre correcte ou non de ce demier.

Le dispositif de détection 1 comprend au moins deux résistances RA et RB, la résistance
RA étant disposée dans le contrôleur d'isolement 3 entre le fil a du bus et la terre, et l'autre résistance RB étant située sur le bus entre le fil b du bus et la terre.

La résistance R8 est de préférence disposée dans le circuit d'alimentation 2 de manière à pouvoir détecter aussi l'éventuel défaut de mise à la terre de ce circuit.

Lorsque la résistance Re est intégrée dans le circuit d'alimentation 2, elle est avantageusement située en aval du circuit de découplage 20. Mais elle pourrait aussi être connectée en amont du circuit de découplage entre la terre et le pôle négatif de la source S.

Le dispositif de détection 1 présente un point de connexion P, tel que visible sur la figure, qui est connecté aux secondes entrées H et K des comparateurs 31 et 32 du contrôleur 3. Ce point P est équivalent au point milieu des deux résistances RA et R8 lorsque celles-ci sont correctement reliées à la terre. Le point P présente un potentiel Vp qui dépend de la tension Vbus et des impédances ZA, ZB des résistances RA et R6.

Les comparateurs 31 et 32 du contrôleur d'isolement 3 sont destinés à comparer le potentiel Vp du point P avec les valeurs de seuil de comparaison VE et VF. Lorsque les liaisons de terre du contrôleur d'isolement 3 et de la résistance Re, ou les liaisons de terre du contrôleur d'isolement 3 et du circuit d'alimentation 2 lorsque la résistance R8 y est intégrée, sont correctement effectuées, le potentiel Vp doit être compris entre les valeurs de seuil VE et VF, ce qui implique de choisir en conséquence les impédances ZA, ZB des résistances RA et Re.

En cas de détection de défaut, c'est-à-dire si le contrôleur d'isolement 3 ou le circuit d'alimentation 2 ne sont pas correctement reliés à la terre, le potentiel Vp est décalé et ne se situe pas entre les valeurs VE et VF.

Le fonctionnement des comparateurs 31 et 32 est continu. Ils délivrent en sortie les résultats des comparaisons. Les sorties S et S2 sont reliées à un circuit de contrôle 4 qui, en cas de défaut de liaison de terre, met en oeuvre des moyens d'arrêt de transmission des informations sur le bus.

Dans des variantes de réalisation, le dispositif de détection peut comprendre plus de deux résistances.

II est ainsi possible de mettre deux résistances RA et Re en série dans le contrôleur d'isolement 3 et une résistance Rc dans le circuit d'alimentation 2, ce qui forme le schéma équivalent de la figure 2, les impédances ZA, Ze et Zc étant choisie de manière que le potentiel Vp soit égal à une valeur située entre les deux tensions de seuil VE, VF lorsque les liaisons à la terre du circuit d'alimentation 2 et du contrôleur d'isolement 3 sont correctement effectuées.

II est encore possible d'intégrer deux résistances dans le contrôleur d'isolement 3 et deux résistances dans le circuit d'alimentation 2, leurs impédances étant choisies en conséquence pour situer le potentiel Vp entre les deux tensions de seuil VE, VF lorsque tout raccordement à la terre est correct.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de détection d'un défaut affectant un bus de terrain, notamment à un bus de terrain à bas niveau, le bus de terrain (B) étant destiné à relier un maître (M) et des esclaves (EN) et comprenant deux fils (a, b), un circuit d'alimentation (2) comportant une source d'alimentation (S) dont les pôles positif et négatif sont reliés aux fils (a, b), et un contrôleur d'isolement (3) apte à détecter un défaut d'isolement sur un élément du bus, caractérisé en ce que le dispositif de détection (1) est associé au contrôleur d'isolement (3) et qu'il comprend au moins deux résistances (RA, Re) dont l'une (RA) est disposée dans le contrôleur d'isolement (3) entre un fil (a) du bus et la terre, et dont l'autre (RB) est disposée entre la terre et le fil opposé (b) du bus de manière à créer un point de polarisation (P) entre les deux fils (a, b) du bus, ainsi qu'un organe comparateur (31,32) apte à comparer le potentiel (Vp) du point de polarisation (P) à deux tensions de seuil (VE, VF) définies par les composants électriques du contrôleur d'isolement (3).

2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les résistances (RA, Re) ont des impédances respectives (ZA, ZB) choisies de manière que le potentiel (Vp) du point de polarisation (P) soit égal à une valeur située entre les deux tensions de seuil (VE, VF) lorsque les liaisons à la terre du circuit d'alimentation (2) et du contrôleur d'isolement (3) sont correctement effectuées.

3. Dispositif de détection selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux tensions de seuil (VE, VF) sont définies par rapport aux deux points centraux de connexion (E,F) d'un pont de trois résistances (R1, R2, R3) placées en série entre les deux fils (a, b) du bus.

4. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première résistance (RA) du dispositif de détection est disposée dans le contrôleur d'isolement (3) et la deuxième résistance (RB) est disposée dans le circuit d'alimentation (2).