FR2996705A1 - Panneau a relais configurable - Google Patents

Abstract

Panneau à relais configurable comportant : - des moyens d'interface 18 comportant au moins un relais et adaptés à recevoir des signaux électriques d'entrée et à délivrer des signaux électriques de sortie ; - un module logique 19 programmable adapté à traiter les signaux électriques d'entrée pour générer les signaux électriques de sortie. Selon l'invention, le module logique 19 est programmé pour définir des blocs relais logiques préprogrammés 35 et un bloc d'interconnexion 36 configurable pour connecter entre eux les blocs logiques préprogrammés 35 selon une pluralité de schémas de connexion possibles pour définir un traitement logique des signaux électriques d'entrée.

Description

L'invention concerne un panneau à relais confi- gurable. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Les panneaux à relais sont des équipements essen- tiels des systèmes de distribution de puissance électrique, et sont utilisés en très grand nombre dans la plu- part des domaines industriels. Ainsi, dans le domaine ferroviaire, on trouve de multiples panneaux à relais situés aussi bien à l'intérieur des véhicules ferroviaires, par exemple dans des applications de manoeuvre de portes, de gestion de chauffage et d'air-conditionné, d'accouplement et de dé- saccouplement des véhicules ferroviaires, qu'à l'extérieur des véhicules ferroviaires, par exemple dans des applications de signalisation. Les panneaux à relais regroupent au sein d'un même équipement un certain nombre de relais (il est fréquent de trouver jusqu'à plusieurs dizaines de relais dans un panneau à relais). Généralement, ces relais sont utilisés pour délivrer, à partir de signaux d'entrée de faible puissance, des signaux de commande pour commander des organes électriques ayant une tension d'alimentation éle- vée ou une consommation de courant importante. Les relais permettent aussi d'assurer une isolation galvanique entre différents organes électriques connectés au panneau à relais.

Pour générer des signaux de commande dans une appli- cation particulière, les panneaux à relais peuvent contenir des relais reliés entre eux pour mettre en oeuvre une logique câblée de manière à réaliser des opérations logiques sur les signaux d'entrée. On appellera par la suite « relais logiques » ce type de relais. Il est bien sûr possible de modifier les panneaux à relais connus en les recâblant, en déplaçant, ajoutant ou supprimant des relais, en modifiant une carte à circuit imprimé, ce qui permet de faire évoluer les panneaux existants pour les améliorer ou les faire remplir de nouvelles fonctions. Cependant, une telle intervention est lourde, nécessite un outillage adapté, et doit parfois se faire directement dans le véhicule ferroviaire. De telles modifications impliquent en outre de réaliser des tests fonctionnels pour s'assurer du bon fonctionnement du panneau après modification. Ces interventions représentent des coûts et des délais importants. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet de faciliter une reconfigu- ration d'un panneau à relais et de réduire des coûts et des délais de qualification associés à une utilisation du panneau à relais dans une nouvelle application. RESUME DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un panneau à relais configurable comportant : - des moyens d'interface comportant au moins un relais et adaptés à recevoir des signaux électriques d'entrée et à délivrer des signaux électriques de sortie ; - un module logique programmable adapté à traiter les signaux électriques d'entrée pour générer les signaux électriques de sortie. Selon l'invention, le module logique est programmé pour définir des blocs logiques préprogrammés et un bloc d'interconnexion configurable pour connecter entre eux les blocs logiques préprogrammés selon une pluralité de schémas de connexion possibles pour définir un traitement logique des signaux électriques d'entrée.

Il est donc possible, en modifiant uniquement une configuration du bloc d'interconnexion de manière à connecter les mêmes blocs logiques selon différents schémas de connexion, d'utiliser le module logique du panneau à relais dans différentes applications.35 Des activités de qualification des blocs logiques préprogrammés et de moyens Matériels formant le module logique (par exeMple un circuit logique programmable du type FPGA), visant à vérifier que le panneau à relais est conforme à des exigences de sécurité, ne sont donc effec- tuées qu'une seule fois, dans le cadre d'une utilisation du module logique dans une première application. Pour utiliser module logique dans une nouvelle ap- plication, il suffit donc de réaliser des activités de vérification fonctionnelles pour vérifier que les blocs logiques sont correctement connectés entre eux, et que le traitement logique mis en oeuvre par le module logique est conforme à des exigences techniques fonctionnelles requises pour la nouvelle application.

Ces activités de vérification fonctionnelle sont beaucoup moins complexes et critiques que les activités de qualification. Elles peuvent donc être réalisées directement par un utilisateur final du panneau à relais: L'invention porte aussi sur un panneau relais tel que précédemment décrit, dans lequel le module logique permet le paramétrage des blocs relais logique préprogrammés afin d'adapter une opération élémentaire qu'ils réalisent. L'invention porte de plus sur un panneau relais tel que précédemment décrit, dans lequel le module logique comporte au moins un circuit logique programmable du type FPGA. L'invention porte de plus sur un panneau relais tel que précédemment décrit, dans lequel le module logique comporte en outre des moyens de communication pour éta- blir une communication entre le module logique et un organe électrique extérieur au panneau relais. L'invention porte en outre sur un panneau relais tel que précédemment décrit, dans lequel le module logique comporte des moyens de diagnostic pour surveiller au moins le fonctionnement du module logique. L'invention porte aussi sur un panneau relais tel que précédèhment décrit, dans lequel au moins un relais des moyens d'interface est un relais électromécanique.

L'invention porte aussi sur un panneau relais tel que précédemment décrit, dans lequel les moyens d'interface comportent au moins un composant optocoupleur. L'invention porte enfin sur un panneau relais tel que précédemment décrit, dans lequel les moyens d'interface comportent des moyens de protection du panneau relais contre des agressions de types perturbations électromagnétiques ou impacts de foudre OU décharges électrostatiques.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures des dessins annexés parmi lesquelles la figure 1 représente deux véhicules ferroviaires dont l'un est équipé d'un panneau à relais de l'invention utilisé dans une application de contrôle d'accouplement et de désaccouplement auxiliaires des véhicules ferroviaires ; la figure 2 représente schématiquement un panneau à relais de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, un panneau à relais 1 de l'invention est ici utilisé dans une application de contrôle d'accouplement et de désaccouplement auxiliaires d'un premier véhicule ferroviaire 2 et d'un deuxième véhicule ferroviaire 3. Un accouplement des deux véhicules ferroviaires 2, 3 consiste en un accouplement principal mécanique, destiné à solidariser mécaniquement les deux véhicules ferroviai- res 2, 3, et en un accouplement auxiliaire, destiné à réaliser une connexion électrique et pneumatique permettant des échanges de signaux et d'énergie électrique et/ou pneumatique entre les deux véhicules ferroviaires 2, 3.

L'accouplement principal est réalisé via des moyens d'accouplement mécanique situés sur les deux véhicules ferroviaires 2, 3 et des moyens de verrouillage mécanique (non représentés). Les moyens d'accouplement mécanique du premier véhicule ferroviaire 2 comprennent un cône de centrage mâle 4 et un réceptacle 5 de forme intérieure conique, destinés à coopérer avec un cône de centrage et un réceptacle complémentaires du deuxième véhicule ferroviaire 3. Les moyens de verrouillage mécanique verrouillent âutomatiquement les moyens d'accouplement mécanique lorsque les deux véhicules ferroviaires 2, 3 viennent en contact, et peuvent être déverrouillés par des moyens de déverrouillage (non représentés). Un détecteur de verrouillage 6 est associé aux moyens de verrouillage mécanique et délivre un signal de verrouillage indiquant que les moyens de verrouillage mé- canique sont actifs ou inactifs, et donc que les moyens d'accouplement sont verrouillés ou non. L'accouplement auxiliaire consiste, une fois que les moyens de verrouillage sont actifs, _à connecter des connecteurs auxiliaires 7 électriques et/ou pneumatiques du premier véhicule ferroviaire 2 à des connecteurs auxiliaires complémentaires du deuxième véhicule ferroviaire 3. Les connecteurs auxiliaires 7 du premier véhicule ferroviaire 2 comportent chacun un élément de connexion 8 coulissant entre une position active, dans laquelle l'élément de connexion 8 du véhicule ferroviaire 2 est amené au contact du connecteur auxiliaire complémentaire du deuxième véhicule ferroviaire 3, et une position inactive, dans laquelle l'élément de connexion 8 est éloigné de la position active de manière à interdire une con- nexion avec le connecteur auxiliaire complémentaire du deuxième véhicule ferroviaire 3. Chaque élément de con- nexion 8 est mobile sous l'action d'un actionneur électromécanique 9 comportant un moteur électrique 10. Les connecteurs auxiliaires 7 du premier véhicule ferroviaire 2 sont associés à des détecteurs de connexion 11 délivrant des signaux de connexion indiquant que les connecteurs auxiliaires 7 du premier véhicule ferroviaire 2 sont connectés ou non aux connecteurs auxiliaires du deuxième véhicule ferroviaire 3. L'accouplement auxiliaire est réalisé à la suite de l'accouplement principal mécanique, et le désaccouplement principal mécanique est réalisé à la suite du désaccouplement auxiliaire.

Ainsi, l'accouplement des deux véhicules ferroviai- res 2, 3 comprend les étapes suivantes - étape A : accoupler mécaniquement les véhicules ferroviaires 2, 3, c'est-à-dire amener les véhicules ferroviaires 2, 3 en contact, ce qui active automa- tiquement les moyens de verrouillage ; étape B : vérifier que les moyens de verrouillage sont actifs ; étape C : commander les moteurs électriques 10 de manière à connecter les connecteurs auxiliaires 7 du premier véhicule ferroviaire 2 aux connecteurs auxi- liaires complémentaires ; étape D : vérifier que les connecteurs auxiliaires 7 sont bien connectés aux connecteurs auxiliaires complémentaires ; étape E : allumer un indicateur lumineux 12 dans une cabine du véhicule ferroviaire 1 pour indiquer que les véhicules ferroviaires 2, 3 sont bien accouplés. Le désaccouplement des deux véhicules ferroviaires 2, 3 comporte quant à lui les étapes suivantes : étapè A' déconnecter les connecteurs auxiliaires ; - étape B' . vérifier que les connecteurs auxiliaires 7 sont bien déconnectés ; étape C' : désactiver les moyens de verrouillage ; étape D' : vérifier que les moyens de verrouillage sont inactifs ; étape E' désaccoupler mécaniquement les véhicules ferroviaires 2,. 3 ; - étape F' : éteindre l'indicateur lumineux 12 pour indiquer que les véhicules ferroviaires 2, 3 sont désaccouplés. Tout ceci est bien connu, et n'est rappelé que pour donner le contexte de l'invention. Un panneau à relais 1 selon l'invention est ici si- tué dans la cabine du premier véhicule ferroviaire et est agencé pour commander les étapes de l'accouplement auxiliaire, du désaccouplement auxiliaire, et de la gestion de l'indicateur lumineux 12, c'est-à-dire toutes les étapes décrites plus tôt à l'exception des étapes A, C', E' qui concernent uniquement l'accouplement principal méca- nique. Pour une telle application, un panneau à relais traditionnel comporterait des relais logiques agencés pour mettre en oeuvre une logique câblée de manière à délivrer des signaux de sortie (ici les signaux de commande) cor- rectement séquences en fonction de signaux d'entrée (ici le signal de verrouillage et les signaux de connexion). On trouverait parmi ces relais logiques des relais de type relais bistable ou temporisé ou clignoteur, etc.

Ici, et en référence à la figure 2, le panneau à re- lais 1 de l'invention permet de générer des premiers signaux de commande SC1 pour commander les moteurs électriques 10 des connecteurs auxiliaire 7 et un second signal de commande SC2 pour commander l'indicateur .lumineux 12.

Les signaux de commande SC1, SC2 sont générés en fonction du signal de verrouillage SV fourni par le détecteur de verrouillage 6 et en fohction des signaux de connexion SX fournis par les détecteurs de connexion 11. Le panneau à relais 1 de l'invention est connecté à une alimentation électrique externe 15 du panneau à re- lais 1, à une alimentation électrique externe 16 des moteurs 10, ainsi qu'au détecteur de verrouillage 6, aux détecteurs de connexion 11, aux moteurs électriques 10 des connecteurs auxiliaire 7, à l'indicateur lumineux 12 du premier véhicule ferroviaire 2, et à des organes élec- triques divers 40. Le panneau à relais 1 comporte un boîtier 17, à l'intérieur duquel sont agencées une carte électronique mère 18 et une carte électronique fille 19.

La carte mère réalise une interface physique entre le panneau à relais 1 et les organes électriques 6, 11, 15, 16, 10, 12, 40 qui lui sont connectés. Sur la carte mère 18 sont montés un certain nombre de relais 20, 21, des composants de protection 22, et un module d'alimentation 23. Parmi ces relais, des premiers relais 20 (de type électromécanique par exemple) servent à isoler galvaniquement le panneau à relais 1 de manière à le protéger contre des _perturbations électriques ou contre des sur- tensions ou des pics de courant. On parlera dans la suite de « relais d'interface » pour désigner ce type de relais. Des seconds relais 21, commandés par les premiers signaux de commande SC1, sont connectés entre l'alimentation électrique 16 des moteurs électriques 10 et les moteurs électriques 10. Les seconds relais 21, lorsqu'ils sont fermés, permettent de connecter les moteurs électriques 10 à l'alimentation électrique externe 16 de manière à faire coulisser les éléments de connexion 8 des connecteurs auxiliaires 7. Les seconds relais 21 sont agencés pour permettre de conserver ou bien d'inverser une polarisation de l'alimentation électrique externe 16 des moteurs 10 de manière à faire coulisser les éléments de connexion 8 vers la position active ou inactive. On parlera dans la suite de « relais de com- mande » pour désigner les seconds relais 21. Les composants de protection 22 protègent des composants électriques de la carte mère 18 et de la carte fille 19 contre des agressions provenant de l'extérieur, de types perturbations électromagnétiques ou impacts de foudre ou décharges électrostatiques. Enfin, le module d'alimentation 23 est relié à l'alimentation électrique externe 15 du panneau à relais 1 via des relais d'interface 20 et des composants de protection 22, et fournit une alimentation aux composants électriques du panneau à relais 1. La carte fille 19, quant à elle, est chargée de réaliser un traitement logique sur les signaux de verrouillage SV et de connexion SX pour générer les signaux de commande SC1, SC2, remplaçant ainsi les relais logiques d'un panneau à relais traditionnel. La carte fille 19 est configurable, tout comme le seraient les relais logiques du panneau à relais traditionnels, et peut être utilisée dans différentes application. Sur_ la carte fille est monté un composant de type réseau de portes programmables 26 (ou FPGA pour « Field- Programmable Gate Array ») comprenant une zone de mémoire vive 27, un module de mémoire non volatile 28 connecté au FPGA 26, et un module de communication 29, comprenant des moyens d'interface de programmation 30, des moyens de diagnostic 31 et des moyens de communications 32. Le FPGA 26 reçoit les signaux de verrouillage SV et de connexion SX, et génère les signaux de commande SC1 et SC2. Les premiers signaux de commande SC1 sont directement transmis aux relais de commande 21 de la carte mère 18 pour commander les moteurs 10. Le second signal de commande SC2 est transmis à l'indicateur lumineux 12 via les composants de protection 22 et leS relais d'interface 20 de la carte mère 18. Des blocs relais logiques préprogrammés 35 sont codés par des codes programmés, en langage VHDL par exemple (pour Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Langage), et stockés dans le module de mémoire non volatile 28. Chaque bloc relais logique préprogrammé 35 est prévu pour réaliser une opération logique élémen- 10 taire. Quelle que soit l'application dans laquelle la carte fille 19 est utilisée, le traitement logique réalisé par la carte fille 19 peut être décomposé en un ensemble d'opérations logiques élémentaires réalisées par les blocs logiques préprogrammés. 15 Pour configurer la carte fille 19 de manière à pou- voir l'utiliser dans l'application de contrôle d'accouplement et de désaccouplement auxiliaires (ou bien dans une toute autre application), on connecte un équipement de programmation 25 externe au panneau à relais 1, 20 par exemple un ordinateur, agencé pour échanger des don- nées avec le module de mémoire non volatile 28 via les moyens d'interface de programmation 30 du module de communication 29. Pour définir le traitement logique de l'application 25 de contrôle d'accouplement et de désaccouplement auxi- liaires, un bloc d'interconnexion 36 est codé par un code programmé à l'aide de l'équipement de programmation 25 et est stocké dans le module de mémoire non volatile 28. Le bloc d'interconnexion 36 permet de connecter les blocs 30 logiques préprogrammés entre eux selon un schéma de con- nexion Correspondant à l'application particulière. Ainsi, au démarrage du FPGA 26, les blocs relais lo- giques préprogrammés 35 et le bloc d'interconnexion 36 sont chargés dans la zone de mémoire vive 27 du FPGA 26 35 et exécutés par le FPGA 26. L'exécution consiste à assem- bler des cellules logiques élémentaires qui composent le FPGA 26, et donc à implanter « physiquement » les opérations logiques dans le FPGA 26. Les blocs relais logiques préprogramméà 35 sont par ailleurs paramétrables par pro- c'est-à-dire qu'au moment où le bloc d'interconnexion 36 est programmé, il est possible d'adapter l'opération logique élémentaire d'un ou de plusieurs blocs à l'application particulière dans laquelle le panneau à relais est utilisée, par exemple en modi- fiant des valeùrs de seuils, de fréquence, de durée de temporisation, etc. Chaque bloc relais logique préprogrammé 35 comporte au moins une entrée e, une sortie fonctionnelle s et une sortie de diagnostic d. Parmi les blocs relais logiques préprogrammés 35, on trouve notamment un bloc suiveur, dont la valeur de la sortie fonctionnelle est égale à la valeur de l'entrée, un bloc de temporisation, qui recopie la valeur de l'entrée sur, la sortie fonctionnelle avec un certain délai paramétrable, un bloc inverseur, dont la sortie fonctionnelle prend une valeur inverse de la va- leur de l'entrée, un bloc « ET », à deux entrées, dont la sortie fonctionnelle prend une valeur haute si et seulement si les deux entrées sont à une valeur haute. La sortie de diagnostic d de chaque bloc relais lo- gigue préprogrammé 35 fournit une valeur représentative d'un état du bloc, permettant de réaliser un diagnostic de ce bloc. Toutes les sorties de diagnostic d des blocs 35 sont reliées à un bus de diagnostic 38 lui-même relié aux moyens de diagnostic 31 du module de communication 29, qui est donc capable d'établir un diagnostic du FPGA 26 complet. Enfin, les moyens de communication 32 du module de communication 29 peuvent être reliés à un bus 39, par exemple de type Ethernet, et permettent au panneau à re- lais de communiquer avec d'autres organes électriques di- vers 40. On note que la carte fille est configurable pat sim- ple programmation du bloc d'interconnexion. Ainsi, pour utiliser la carte fille dans une nouvelle application, il n'est pas nécessaire de modifier des composants « maté- riels » de la carte fille (FPGA, module de mémoire non volatile, module de communication), ni les codes programmés des blocs relais logiques préprogrammés, et il n'est donc pas nécessaire de réaliser des activités de qualifi- cation déjà réalisées et visant à vérifier que le panneau à relais est conforme à des exigences de sécurité. Pour vérifier la conformité de la carte fille vis-à-vis des exigences techniques de la nouvelle application, on mettra en oeuvre uniquement des activités de vérification fonctionnelle pour vérifier que l'interconnexion et le paramétrage des blocs relais,logiques élémentaires produisent bien le traitement logique attendu. On économise donc les coûts et les délais associés à aux activités de qualification (tests environnementaux, électriques, etc.) de la carte fille, et on permet à un utilisateur final de configurer la carte fille et de réaliser lui-même les activités de vérification fonctionnelle, celles-ci étant moins complexes et moins critiques que les activités de qualification.

L'invention n'est pas limitée au mode de réalisa- tion particulier qui vient d'être décrit, mais, bien au contraire, couvre toute variante entrant dans le cadre de l'invention telle que définie par les revendications. Bien que l'on ait choisi d'utiliser le panneau à re- lais de l'invention dans une application d'accouplement et de désaccouplement auxiliaires, il est bien sûr possi- ble d'utiliser le panneau à relais dans une application différente, par exemple une application de manoeuvre de portes.

Bien que l'on ait choisi d'illustrer l'invention en équipant le panneau à relais d'une carte mère et d'une carte fille configurableiI est bien sûr possible de les regrouper sur une seule Carte; dont seule une partie sera configurable et pourra être réutilisée quelle que soit l'application Bien que l'on ait choisi d'illustrer l'invention en munissant le panneau à.relais d'un ensemble particulier de composants (relais d'interfaces, composants de protection, FPGA, deux modules de mémoire non volatile, etc.), 10 il est possible de mettre en oeuvre l'invention avec une. carte fille comportant des composants différents ou en nombre différent, à condition que ceux-ci comprennent au moins un composant programmable et des moyens d'interface pour connecter au panneati à relais des organes électri- 15 ques externes. La liste de blocs relais logiques élémentaires fournis n'est bien sûr pas exhaustive, et peut être complétée avec des blocs logiques réalisant tout type d'opération logique.

20 On pourrait aussi, à la place ou en complément des relais de protection, munir la carte mère d'un ou de plusieurs composants optocoupleurs.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Panneau à relais configurable comportant : - des moyens d'interface (18) comportant au moins un relais et adaptés à recevoir des signaux électriques d'entrée et à délivrer des signaux électriques de sortie ; - un module logique (19) programmable adapté à traiter les signaux électriques d'entrée issus des moyens 10 d'interface (18) pour générer les signaux électriques de sortie via les moyens d'interface (18); caractérisé en ce que le module logique (19) est programmé pour définir des blocs relais logiques préprogrammés (35) et un bloc d'interconnexion (36) configura- 15 ble pour connecter entre eux les blocs relais logiques préprogrammés (35) selon une pluralité de schémas de connexion possibles pour définir un traitement logique des signaux électriques d'entrée.
2. 2. Panneau à relais configurable selon la reven- 20 dication 1, dans lequel le module logique (19) permet le paramétrage des blocs relais logique préprogrammés (35) afin d'adapter une opération élémentaire qu'ils réalisent.
3. 3. Panneau à relais configurable selon la reven- 25 dication 1, dans lequel le module logique (19) comporte au moins un circuit logique programmable (26) du type FPGA.
4. 4. Panneau à relais configurable selon la revendication 1, dans lequel le module logique (19) comporte 30 en outre des moyens de communication (29, 32) pour éta- blir une communication entre le module logique (19) et un organe électrique (40) extérieur au panneau relais.
5. 5. Panneau à relais configurable selon la revendication 1, dans lequel le module logique (19) comporte 35 des moyens de diagnostic (38, 31) pour surveiller au 2996705 moins le fonctionnement du module logique.
6. 6. Panneau à relais configurable selon la reven- dication 1, dans lequel au moins un relais des moyens d'interface (18) est un relais électromécanique.
7. 7. Panneau à relais configurable selon la reven- dication 1, dans lequel les moyens d'interface (18) comportent au moins un composant optocoupleur.
8. 8. Panneau à relais configurable selon la reven- dication 1, dans lequel les moyens d'interface (18) côm- portent des moyens de protection (22) du panneau relais contre des agressions de types perturbations électromagnétiques ou impacts de foudre ou décharges électrostatiques. 20 25