FR3103346A1

FR3103346A1 - Produit d'automatisme au format DIN43880

Info

Publication number: FR3103346A1
Application number: FR1912931A
Authority: FR
Inventors: Damien BEURDELEY; Jackie LAUNAY
Original assignee: Crouzet Automatismes SAS
Current assignee: Crouzet Automatismes SAS
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2021-05-21
Anticipated expiration: 2039-11-20
Also published as: FR3103346B1

Abstract

Produit d'automatisme au format DIN43880 Ce produit d’automatisme au format DIN43880 comporte : - un boîtier apte à être monté sur un rail DIN conforme à la norme EN50022, - des relais électromécaniques (150-153), ayant chacun un pouvoir de coupure supérieur à 6 A sous une tension de 250 Vac ou de 30 Vdc, - un microcontrôleur apte à commander chacun des relais électromécaniques, - un circuit imprimé (130) sur lequel est soudé le microcontrôleur, Les relais électromécaniques sont soudés sur le même circuit imprimé (130) que celui sur lequel est soudé le microcontrôleur. Le circuit imprimé (130) s’étend dans un plan parallèle à des flancs latéraux du boîtier. Fig. 4

Description

Produit d'automatisme au format DIN43880

L’invention concerne un produit d'automatisme au format DIN43880.

Dans ce texte, le format DIN43880 est celui défini par la norme DIN43880 de l'organisme DIN ("Deutches Institut fur Normung) telle que publiée en décembre 1988.

L’état de l’art connu des inventeurs est représenté sur la figure 1. Plus précisément, la figure 1 représente un produit d’automatisme apte à être monté sur un rail DIN et capable de commander l’ouverture et, en alternance, la fermeture de circuits électriques de puissance.

Dans ce texte, le terme "rail DIN" désigne un rail conforme à la norme EN50022 et, plus précisément, un rail dont le profile est en forme de "Ω".

Ce produit d’automatisme 2 comporte un boîtier 4 équipé, sur une face arrière 6, d’un mécanisme 8 de montage sur le rail DIN. Par exemple, le mécanisme 8 est un clip de montage. Sur la figure 1, le boîtier 4 est représenté partiellement et en transparence. C'est la raison pour laquelle il est représenté en pointillés sur la figure 1.

Ici, la face arrière 6 s’étend principalement parallèlement à des directions X et Z d’un repère orthogonal X, Y, Z. Dans ce texte, la direction Z désigne la direction verticale et les directions X et Y sont des directions horizontales. Par la suite, les termes tels que «inférieur», «supérieur», «haut» et «bas» sont définis par rapport à la direction Z. Le même repère X, Y, Z est utilisé pour orienter chacune des figures de cette demande.

Ce boîtier 4 présente, du côté opposé à la face arrière 6, une face avant 10. Le boîtier 4 comporte aussi des faces supérieure 12 et inférieure 14 qui s’étendent chacune depuis la face arrière 6 jusqu’à la face avant 10. Sur les côtés, le boîtier 4 comporte des flancs latéraux plats qui referment ce boîtier et rendent son contenu intérieur inaccessible depuis l’extérieur. Sur la figure 1, les flancs du boîtier 4 n’ont pas été représentés pour rendre l’intérieur du boîtier 4 visible. Ces flancs s’étendent parallèlement aux directions Y et Z.

Le boîtier 4 est conforme à la norme DIN43880. Son épaisseur maximale dans la direction X est donc comprise entre 17,5mm et 18mm.

Le produit d’automatisme 2 comporte deux relais électromécaniques 20, 21 ayant chacun un pouvoir de coupure important. Dans ce texte, par «pouvoir de coupure important» on désigne un pouvoir de coupure supérieur ou égal à 6 A ou 8 A ou 16 A sous une tension de 250Vac ou sous une tension de 30Vdc. A cause de ce pouvoir de coupure important, de tels relais électromécaniques 20, 21 présentent un encombrement important et sont habituellement disposés à l’intérieur du boîtier 4 comme décrit ci-dessous.

Chaque contact de puissance de ces relais électromécaniques est raccordé à un connecteur respectif.

Dans cette description, sauf indication contraire ou supplémentaire, le terme «raccordé» signifie «raccordé électriquement».

Le relai 20 est raccordé à trois connecteurs de puissance 24, 25 et 26 de manière à permettre l’ouverture et, en alternance, la fermeture d'un premier circuit électrique de puissance par le relai 20. De façon similaire, le relai 21 est raccordé à trois connecteurs 28, 29 et 30. Des conducteurs électriques du second circuit électrique de puissance sont raccordés aux connecteurs 28 à 30 de manière à permettre l’ouverture et, en alternance, la fermeture de ce second circuit électrique de puissance par le relai 21.

Le relai électromécanique 20 et les connecteurs 24 à 26 sont soudés sur un premier circuit imprimé 32 qui s’étend principalement parallèlement aux directions X et Z. Le circuit imprimé 32 comporte des pistes électriques qui raccordent les contacts de puissance du relai 20 aux connecteurs 24 à 26.

De façon similaire, le relai 21 et les connecteurs 28 à 30 sont soudés sur un deuxième circuit imprimé 34 qui s’étend principalement parallèlement aux directions X et Z. Le circuit imprimé 34 comporte des pistes électriques qui raccordent les contacts de puissance du relai 21 aux connecteurs 28 à 30.

Pour commander l’ouverture et la fermeture des relais 20, 21, le produit d'automatisme 2 comporte un microcontrôleur programmable intégrant une mémoire interne contenant un programme. Lorsque ce programme est exécuté par le microcontrôleur, le microcontrôleur commande l’ouverture et, en alternance, la fermeture des relais 20 et 21. Ce microcontrôleur est soudé sur un troisième circuit imprimé 36 qui s’étend parallèlement aux directions Y et Z.

Des pistes conductrices des circuits imprimés 32 et 34 sont raccordées à des pistes conductrices du circuit imprimé 36 pour recevoir des signaux de commande des relais 20 et 21 générés par le microcontrôleur.

L’invention vise, à encombrement égal, à simplifier l’architecture des produits d'automatismes tels que le produit d'automatisme 2 afin d'en simplifier la fabrication et l’assemblage.

L’invention a donc pour objet un tel produit d'automatisme au format DIN43880, ce produit d'automatisme comportant:

- un boîtier comportant:

une face arrière équipée d’un mécanisme de montage du boîtier sur un rail DIN conforme à la norme EN50022, cette face arrière s’étendant principalement dans un plan arrière parallèle au plan de la paroi sur laquelle est fixé le rail DIN lorsque le boîtier est fixé dans ce rail DIN,

une face avant située du côté opposé à la face arrière,

des flancs latéraux plats s’étendant chacun dans des plans latéraux respectifs, perpendiculaires au plan arrière, depuis la face arrière jusqu’à la face avant,

l’épaisseur de ce boîtier étant comprise entre 17,5mm et 18mm, l’épaisseur du boîtier étant égale à la distance maximale qui sépare les flancs de ce boîtier,

- au moins deux relais électromécaniques, chacun de ces relais électromécaniques comportant au moins deux contacts de puissance déplaçables entre:

une position fermée dans laquelle les deux contacts de puissance sont mécaniquement et électriquement raccordés l’un à l’autre, et

une position ouverte dans laquelle ces deux contacts de puissance sont mécaniquement et électriquement isolés l’un de l’autre,

le pouvoir de coupure de chacun de ces relais électromécaniques étant supérieur à 6A sous une tension de 250Vac ou de 30Vdc,

- une mémoire comportant des instructions d'un programme de commande des relais électromécaniques,

- un microcontrôleur apte, lorsqu’il exécute des instructions du programme de commande, à commander le déplacement de chacun des relais électromécaniques entre leur position ouverte et fermée,

- un circuit imprimé sur lequel est soudé le microcontrôleur,

dans lequel:

- les relais électromécaniques sont soudés sur le même circuit imprimé que celui sur lequel est soudé le microcontrôleur, et

- le circuit imprimé s’étend dans un plan parallèle aux flancs latéraux.

Les modes de réalisation de ce produit d'automatisme peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes:

1) - le boîtier comporte des faces supérieure et inférieure qui s’étendent chacune depuis la face arrière jusqu’à la face avant dans des plans respectifs perpendiculaires à la fois au plan arrière et aux plans latéraux,

- le produit d'automatisme comporte deux barrettes de connecteurs, chacun des connecteurs de ces barrettes étant déplaçable entre:

une position occupée dans laquelle le connecteur enserre l’extrémité dénudée d’un fil conducteur, et

une position libre dans laquelle l’extrémité dénudée d'un fil conducteur peut librement être introduite et enserrée dans le connecteur,

chacune de ces barrettes de connecteurs étant directement soudée sur le circuit imprimé le long d’un bord de ce circuit imprimé qui s’étend parallèlement à l’une des faces supérieure ou inférieure du boîtier, ces barrettes faisant saillie au-delà de cette face supérieure ou inférieure de manière à être accessible depuis l’extérieur du boîtier et s'étendant principalement dans une direction parallèle au bord du circuit imprimé le long duquel elles sont soudées, l’épaisseur maximale de chacune de ces barrettes de connecteurs étant inférieure à l’épaisseur du boîtier de sorte que chacune de ces barrettes de connecteurs est entièrement comprise entre les deux plans latéraux.

2) - la face avant du boîtier comporte une protubérance, et

- le produit d'automatisme comporte deux trous traversants aptes chacun à recevoir une vis de fixation du produit d'automatisme sur un panneau, chacun de ces trous traversants débouchant dans chacun des flancs latéraux à un emplacement situé entre les barrettes et la protubérance, ces trous étant situés à moins de 1cm d’une intersection entre la face avant et la face supérieure et l’autre de ces trous étant situé à moins de 1cm d’une intersection entre la face avant et la face inférieure.

3) Le produit d'automatisme comporte une interface homme/machine soudée sur une portion du circuit imprimé reçue à l’intérieur de la protubérance, cette interface homme/machine étant visible ou accessible depuis l’extérieur du boîtier à travers la protubérance.

4) - le produit d'automatisme comporte:

- une pile comportant deux électrodes de polarité opposée,

- un réceptacle pour cette pile, ce réceptacle comportant:

un fond en matériau électriquement isolant, interposé entre la pile et le circuit imprimé, et

deux contacts électriques aptes chacun à venir en contact mécanique et électrique avec une électrode respective de la pile, ces contacts électriques étant soudés sur des pistes respectives du circuit imprimé, et

- le circuit imprimé comporte au moins une piste électrique passant sous le fond du réceptacle de la pile et qui raccorde électriquement entre eux :

deux composants électroniques autre que la pile, ou

la pile et un autre composant électronique.

5) - la face arrière du boîtier comporte une excroissance apte à être reçue à l’intérieur du rail DIN lorsque le boîtier est monté sur ce rail DIN,

- le circuit imprimé comporte une portion reçue à l’intérieur de cette excroissance et cette portion comporte au moins une partie de piste électrique et/ou un composant électronique soudé sur cette portion de circuit imprimé.

6) - la face avant du boîtier comporte une protubérance, et

- le produit d'automatisme comporte un émetteur-récepteur radio apte à établir une liaison sans fil de communication avec un appareil externe, cet émetteur-récepteur radio étant soudé sur une portion du circuit imprimé reçue à l’intérieur de la protubérance.

7) Le produit d'automatisme comporte au moins quatre relais électromécaniques soudés sur le même circuit imprimé et au moins une entrée apte à recevoir des données de commande de ces relais électromécaniques.

8) La hauteur du boîtier, dans une direction parallèle au plan arrière et aux plans latéraux, est inférieure ou égale à 90 mm.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif en se référant aux dessins sur lesquels:

- la figure 1 est une illustration schématique partielle et en perspective d’un produit d’automatisme de l’état de la technique;

- la figure 2 est une vue de face d’un produit d'automatisme programmable monté sur un rail DIN;

- la figure 3 est une illustration en perspective du produit d'automatisme de la figure 2;

- la figure 4 est une illustration en perspective d’un circuit électronique du produit d'automatisme de la figure 3;

- la figure 5 est une illustration en perspective, selon un autre point de vue, du circuit électronique de la figure 4; et

- la figure 6 est une illustration en vue de face de plusieurs produits d'automatisme montés sur un même rail DIN.

Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l’homme du métier ne sont pas décrites en détail.

Par la suite, un exemple précis de mode de réalisation est d'abord décrit dans le premier chapitre ci-dessous. Ensuite, différentes variantes de réalisation sont décrites dans un chapitre suivant.

Chapitre I : Exemples de modes de réalisation

La figure 2 représente un produit 50 d'automatisme monté sur un rail DIN 52. . Dans cet exemple de réalisation, le produit 50 est un automate programmable industriel. Un tel automate est également connu sous l'acronyme PLC ("Programmable Logic Controller"). Par la suite, ce produit 50 d'automatisme est plus simplement désigné par le terme "automate 50".

Le rail 52 est un rail conforme à la norme EN50022. Ici, le rail 52 est un rail de type Ω dont la hauteur, dans la direction Z, est égale à 35mm. Un tel rail 52 présente un creux central 54 délimité de part et d’autre par des ailes 56 et 57 qui s’étendent chacune dans un plan vertical parallèle aux directions X et Z. La profondeur du creux 54 est par exemple égale à 15mm ou 7,5mm. Le fond du creux 54 est fixé sans aucun degré de liberté sur une paroi verticale non représentée. Ici, le rail 52 s’étend principalement parallèlement à la direction X.

L’automate 50 est ici un automate programmable industriel à quatre sorties et quatre entrées. Chacune des sorties est apte à ouvrir et, en alternance, à fermer un circuit électrique de puissance. Ici, l’ouverture et la fermeture des circuits électriques de puissance est commandée en fonction des données reçues sur les entrées de l’automate 50 et / ou d'une application d’automatismes embarquée et exécutée par l'automate 50. Typiquement, ces données sont des mesures de capteur et/ou commandes générées par une interface homme-machine.

Ces circuits électriques sont qualifiés «de puissance» car ils sont aptes et destinés à être parcourus:

- soit par un courant alternatif à 50Hz ou 60 Hz dont l’intensité est supérieure à 1A ou 4A ou 6A sous une tension de 250Vac,

- soit par un courant continu dont l’intensité est supérieure à 1A ou 4A ou 6A sous une tension de 30Vdc.

Dans ce mode de réalisation, l’intensité du courant qui circule dans ces circuits électriques de puissance est normalement:

- inférieure à 6A ou 8A sous une tension de 250Vac, ou

- inférieure à 6A ou 8A sous une tension continue de 30Vdc.

De tels circuits électriques de puissance sont par exemple utilisés pour alimenter un moteur électrique. Ainsi, quand le circuit électrique de puissance est fermé, le moteur électrique est alimenté. A l’inverse, lorsque le circuit électrique de puissance est ouvert, le moteur électrique n’est plus alimenté.

La figure 3 représente le même automate 50. Sur cette figure, le rail 52 n’a pas été représenté.

L’automate 50 comporte un boîtier 60 représenté sur les figures 2 et 3. Ce boîtier 60 isole mécaniquement et électriquement tous les composants électriques de l’automate 50 de l’extérieur. A cet effet, le boîtier 60 présente typiquement un indice de protection supérieur ou égal à IP2M ou IP4M ou IP6M, où M est un nombre entier compris entre 0 et 9. Ce boîtier est conforme à la norme DIN43880. Cette norme impose et définie la plupart des dimensions du boîtier 60. En particulier, pour être conforme à cette norme, l’épaisseur du boîtier 60 dans la direction X doit être comprise entre 17,5mm et 18mm. A titre d'illustration, les dimensions du boîtier 60 sont ici conformes à celles définies sous le terme de "taille 1" dans la norme DIN43880. La hauteur du boîtier 60 dans la direction Z est donc de 90 mm.

Le boîtier 60 comporte une face arrière 62 qui s’étend principalement dans un plan parallèle aux directions X et Z. La face arrière 62 comporte un mécanisme 64 de montage du boîtier 60 sur le rail 52.

Le mécanisme 64 est déplaçable entre une position verrouillée et une position déverrouillée. Dans la position verrouillée, le mécanisme 64 retient, sans aucun degré de liberté, le boîtier 60 fixé sur le rail 52. Dans la position déverrouillée, le boîtier 60 peut être retiré du rail 52. A cet effet, typiquement, le mécanisme 64 comporte deux bossages aptes à être reçus derrière, respectivement, les ailes 56 et 57 du rail 52 dans la position verrouillée. L’un de ces bossages est déplaçable en translation, le long de la direction Z, pour faire passer le mécanisme 64 de sa position verrouillée vers sa position déverrouillée et vice-versa. Sur la figure 3, seul un de ces bossages 66 est visible.

Entre ces bossages, la face arrière 62 comporte une excroissance 68 apte à être reçue à l’intérieur du creux 54 du rail 52. Cette excroissance 68 s’enfonce d’au moins 3mm ou 5mm à l’intérieur du creux 54 lorsque l’automate 50 est monté sur le rail 52. Cette excroissance 68 comporte un fond plat 70 qui s’étend parallèlement au fond du creux 54 dans la position montée de l’automate 50. La hauteur de ce fond plat 70 dans la direction Z est typiquement supérieure ou égale à la moitié ou aux deux tiers de la hauteur du fond du creux 54 dans la même direction. Ainsi, cette excroissance 68 occupe la majorité du creux 54 dans la position montée.

Du côté opposé à la face arrière 62, le boîtier 60 comporte une face avant 72. La face 72 comporte:

- une portion plane supérieure 74,

- une portion plane inférieure 76, et

- une protubérance 78 située entre les portions 74 et 76.

Les portions planes 74 et 76 s’étendent dans un même plan parallèle aux directions X et Z. Ce plan est par exemple situé à plus de 40 mm de la face arrière 62 et à moins de 44 mm de cette face arrière 62. La hauteur des portions 74 et 76, dans la direction Z, est typiquement supérieure à 1 cm ou 2cm.

La protubérance 78 est destinée à faire saillie au-delà d’une face avant d’un boîtier électrique à l’intérieur duquel est monté l’automate 50. En pratique, la protubérance 78 constitue donc souvent la seule partie du boîtier 60 directement accessible par un utilisateur. Ici, elle comporte des orifices 82, 84 pour le passage d’une interface homme/machine. Dans le cas présent, l’interface homme/machine comporte deux voyants et les orifices 82 et 84 permettent à la lumière générée par ces voyants de s’échapper du boîtier 60.

La protubérance 78 est principalement parallélépipédique. Elle présente une extrémité plane 80. L’extrémité 80 s’étend dans un plan parallèle aux directions X et Z, ce plan étant séparé du plan dans lequel s’étendent les portions 74, 76 par une distance par exemple supérieure ou égale à 8 mm ou 11mm. La hauteur de l'extrémité 80 dans la direction Z est égale à 45 mm. Les orifices 82 et 84 sont creusés dans cette extrémité 80.

Le boîtier 60 comporte des faces planes supérieure 90 et inférieure 92. La face supérieure 90 s’étend horizontalement depuis un bord supérieur de la face arrière 62 jusqu’à un bord supérieur de la portion 74. La face inférieure 92 s’étend horizontalement depuis un bord inférieur de la face arrière 62 jusqu’à un bord inférieur de la portion 76.

Enfin, le boîtier 60 comporte deux flancs latéraux plats 94, 96 (figures 2 et 3) qui referment les côtés du boîtier 60. Par exemple, le flanc 94 est un couvercle amovible tandis que le flanc 96 ne forme qu'un seul bloc de matière avec les faces 62, 72, 90 et 92. Chacun de ces flancs 94, 96 s’étend parallèlement aux directions Y et Z et rejoignent la face arrière 62, la face avant 72 et les faces supérieure 90 et inférieure 92. L’épaisseur du boîtier 60 est donc la plus grande distance qui sépare deux points alignés sur un axe parallèle à la direction X et en contact avec l’extérieur, respectivement, des flancs 94 et 96.

L’automate 50 comporte deux barrettes 100, 102 de connecteurs qui font saillie au-delà, respectivement, des faces 90 et 92. Ces barrettes 100 et 102 permettent de raccorder l’automate 50 aux circuits électriques de puissance et aux entrées de commande. Par exemple, au moins quatre de ces connecteurs sont raccordés et forment des entrées de l'automate destinées à recevoir des données pour commander l'ouverture et la fermeture de circuits électriques de puissance.

Ces barrettes 100, 102 s’étendent principalement parallèlement à la direction Y et sont conformées de manière à être entièrement reçue entre des plans verticaux contenant, respectivement, les flancs 94 et 96. L’épaisseur maximale de ces barrettes 100, 102, dans la direction X, est donc inférieure ou égale à 17,5mm et, de préférence, inférieure à 16mm ou 15 mm. Ainsi, ces barrettes 100, 102 ne dépassent pas, dans la direction X, au-delà des flancs 94 et 96.

Ici, la barrette 102 est le symétrique de la barrette 100 par rapport à un plan de symétrie horizontal du boîtier 60. Ainsi, seule la barrette 100 est décrite plus en détail. La barrette 100 comporte plusieurs connecteurs. Ici, elle comporte six connecteurs 110 à 115. Chacun de ces connecteurs est déplaçable de façon réversible, entre une position connectée et une position déconnectée. Dans la position connectée, le connecteur enserre l’extrémité dénudée d’un fil électrique. Dans la position déconnectée, l’extrémité dénudée du fil électrique peut être librement retirée du connecteur. A titre d’illustration, tous ces connecteurs 110 à 115 sont identiques les uns aux autres et chacun de ces connecteurs est un bornier à vis.

Ici, la partie de la barrette 100 qui comporte les connecteurs 110 à 115 est une partie amovible 118. La partie amovible 118 est déplaçable de façon réversible entre une position embrochée, représentée sur les figures 1 et 2, et une position débrochée. Dans la position embrochée, la partie 118 est reçue à l’intérieur d’une partie fixe 120 (figure 4) solidaire de l’automate 50. Dans la position embrochée, les liaisons électriques entre les fils conducteurs fixés dans les connecteurs 110 à 115 et l’automate 50 sont établies. Dans la position débrochée, les liaisons électriques entre les fils conducteurs fixés dans les connecteurs 110 à 115 et l’automate 50 sont interrompues.

L’automate 50 comporte également deux trous 122 et 124 permettant de monter cet automate sur un panneau, par exemple en bois, au lieu de le monter sur un rail DIN. Chacun de ces trous 122, 124 s'étend parallèlement à la direction X et traverse de part en part l’épaisseur de l’automate 50. Les trous 122, 124 débouchent donc chacun, d’un côté, dans le flanc 94 et, du côté opposé, dans le flanc 96. Chaque trou est apte à recevoir une vis. Ainsi, l’automate 50 peut aussi être monté à plat sur un panneau. Par l’expression «à plat», on désigne ici le fait que l’un des flancs 94, 96 est plaqué contre le panneau dans ce montage. Ici, le trou 122 est situé entre la barrette 100 et la protubérance 78. De plus, l’axe du trou 122 est situé à moins de 1cm et, de préférence, à plus de 5mm de l’arête formée par l’intersection de la face avant 72 avec la face supérieure 90.

Le trou 124 est le symétrique du trou 122 par rapport au plan horizontal de symétrie du boîtier 60.

Les figures 4 et 5 représentent le circuit électronique 128 de l’automate 50 logé à l’intérieur du boîtier 60. Par la suite, seuls les composants électriques du circuit électronique 128 qui présentent un intérêt pour la compréhension de l’invention sont décrits.

L’automate 50 et le circuit électronique 128 comportent un seul circuit imprimé 130 («printed circuit board»en anglais) sur lequel sont soudés l’ensemble des composants électroniques de l’automate 50. Ce circuit imprimé 130 est plat et s’étend dans un plan parallèle aux directions Y et Z. Typiquement, le circuit imprimé 130 recouvre plus de 75% ou 85% ou 90% de la projection orthogonale du flanc 94 dans le plan de ce circuit imprimé.

En particulier, le circuit imprimé 130 recouvre plus de 50% ou 70% ou 80% de la projection orthogonale de l’excroissance 68 dans le plan du circuit imprimé. De plus, le circuit électronique 128 comporte :

- au moins un composant électronique 132 soudé sur le circuit imprimé 130 et logé, au moins en partie, à l’intérieur de l’excroissance 68, et/ou

- au moins une piste électrique du circuit imprimé 130 logé, au moins en partie, à l’intérieur de l’excroissance 68.

Le circuit imprimé 130 recouvre également plus de 50% ou 70% ou 80% de la projection orthogonale de la protubérance 78 dans le plan du circuit imprimé. Le circuit électronique 128 comporte également au moins un composant électronique soudé sur le circuit imprimé et/ou au moins une piste électrique du circuit imprimé logé, au moins en partie, à l’intérieur de la protubérance 78. Ici, le circuit électronique 128 comporte une interface homme/machine 134 et un émetteur-récepteur radio 136 logé à l’intérieur de la protubérance 78.

L’interface homme/machine 134 comporte deux voyants 140 et 142 situés en vis-à-vis, respectivement, des orifices 82 et 84.

L’émetteur-récepteur 136 permet d’établir une liaison sans fil de transmission d’informations notamment:

- avec un autre produit d'automatisme situé à proximité, et

- avec un terminal mobile ou non de programmation de l’automate 50.

Par exemple, l’émetteur-récepteur 136 est un émetteur-récepteur Bluetooth.

Le circuit imprimé 130 présente également un bord supérieur 144 et un bord inférieur 146 qui s’étendent parallèlement, respectivement, à la face supérieure 90 et à la face inférieure 92. Les parties fixes des barrettes 100 et 102 sont soudées sur le circuit imprimé 130 le long, respectivement, des bords 144 et 146.

Le circuit électronique 128 comporte également, soudé sur le circuit imprimé 130:

- quatre relais électromécaniques 150 à 153 (Fig. 4) ayant chacun un pouvoir de coupure important,

- un microcontrôleur programmable 156 (Fig. 5),

- une mémoire 158 (Fig. 5), et

- un réceptacle 160 (Fig. 4) pour une pile 162.

Les relais 150 à 153 sont aptes à ouvrir et, en alternance, fermer les circuits électriques de puissance raccordés à l’automate 50 par l’intermédiaire des barrettes 100 et 102. A cet effet, chaque relai 150 à 153 est raccordé à deux connecteurs des barrettes 100 et 102 par l’intermédiaire de pistes électriques gravées sur le circuit imprimé 130. Dans ce mode de réalisation, chaque relai 150 à 153 est raccordé, d'une part, à un connecteur respectif, et d'autre part, à un connecteur commun. Ici, les relais 150, 151 sont raccordés à un premier connecteur commun et les relais 152, 153 sont raccordé à un second connecteur commun différent du premier connecteur commun.

Ici, à titre d’illustration, les relais 150 à 153 sont identiques les uns aux autres et seul le relai 150 est décrit plus en détail.

Le relai 150 comporte:

- une partie de commande raccordée au microcontrôleur 156 par l’intermédiaire de pistes électriques gravées sur le circuit imprimé 130, et

- une partie de puissance électriquement isolée de la partie de commande.

Typiquement, la partie de puissance comporte au moins deux contacts électriques de puissance déplaçables entre une position ouverte et une position fermée. Dans la position fermée, les deux contacts de puissance sont mécaniquement et électriquement en contact l’un avec l’autre. Dans la position ouverte, les deux contacts de puissance sont mécaniquement et électriquement isolés l’un de l’autre. Dans la position ouverte, les deux contacts de puissance sont séparés l’un de l’autre par un matériau isolant comme de l’air. Dans cette demande, par «matériau isolant», on désigne un matériau dont la résistivité, à 20°C, est supérieure à 10⁷Ω.m ou à 10¹⁰Ω.m. Par exemple, l'un de ces contacts électriques est un contact commun et l'autre de ces contacts électriques est un contact de travail. Lorsque par défaut, ces deux contacts électriques sont dans la position fermée, ils forment un interrupteur normalement fermé. A l'inverse, lorsque par défaut, ces deux contacts électriques sont dans la position ouverte, ils forment un interrupteur normalement ouvert.

Le circuit électrique de puissance raccordé au relai 150 passe par l’intermédiaire de ces contacts de puissance. Ainsi, le relai 150 permet d’ouvrir et, en alternance, de fermer ce circuit électrique de puissance.

La partie de commande permet de commander le déplacement des contacts de puissance entre leurs positions ouverte et fermée en réponse à un signal de commande généré par le microcontrôleur 156.

Ici, le relai 150 se présente sous la forme d’un bloc essentiellement parallélépipédique. Son épaisseur dans la direction X est, par exemple, inférieure à 10,6mm.

Le microcontrôleur 156 est apte à exécuter les instructions du programme de commande des relais 150 à 153. Par exemple, à cet effet, le microcontrôleur comporte

- une mémoire interne dans laquelle sont enregistrées les instructions du programme de commande, et

- un microprocesseur apte à exécuter ces instructions.

Lorsque le microcontrôleur 156 exécute ces instructions, typiquement:

- il acquiert des données transmises, par exemple, par des capteurs et/ou des interface homme/machine raccordés à des connecteurs des barrettes 100 et 102 et/ou reçues par l’intermédiaire de la liaison sans fil établie par l'intermédiaire l’émetteur-récepteur 136,

- il génère les signaux de commande des différents relais 150 à 153, par exemple, en fonction des données acquises, et

- il commande l’interface homme/machine 134.

Ici, le microcontrôleur 156 est également raccordé à la mémoire 158 par l'intermédiaire de pistes électriques du circuit imprimé 130. La mémoire 158 est par exemple utilisée pour sauvegarder des données lors du fonctionnement de l'automate 50.

Lorsque l’automate 150 est relié à un terminal de programmation par l’intermédiaire d’une liaison sans fil, le programme enregistré dans la mémoire interne peut être remplacé par un nouveau programme de commande des relais 150 à 153.

La pile 162 permet de disposer d’une réserve d’énergie utilisable, par exemple:

- pour maintenir le fonctionnement de l’heure et de la date même en l’absence d'alimentation principale, ou

- pour exécuter une procédure de sauvegarde de données dans une mémoire non volatile en cas de coupure de l’alimentation principale de l’automate 50, ou

- pour transmettre à une station de supervision l’information selon laquelle l’alimentation de l’automate 50 est interrompue.

La pile 162 comporte deux électrodes de polarité opposée. Par exemple, la pile 162 est une pile bouton. Dans ce cas, l’une des électrodes est formée par la face avant et le côté de cette pile 162 marqué par le symbole «+» et l’autre des électrodes est formée par la face arrière de cette pile.

Le réceptacle 160 permet de raccorder la pile 162 à des pistes électriques du circuit imprimé 130. A cet effet, le réceptacle 160 comporte:

- un contact électrique 170 dont une extrémité est apte à venir en contact mécanique et électrique avec le côté de la pile 162 lorsqu’elle est reçue à l’intérieur du réceptacle 160, et

- un contact électrique 172 dont une extrémité est apte à venir en contact mécanique et électrique avec la face arrière de la pile 162 lorsque celle-ci est reçue à l’intérieur du réceptacle 160.

Ces contacts 170 et 172 sont également aptes à retenir la pile 162 à l’intérieur du réceptacle 160. Des extrémités opposées des contacts 170 et 172 sont soudées à des pistes électriques du circuit imprimé 130.

Le réceptacle 160 comporte également un fond 174 qui isole mécaniquement et électriquement la pile 162 du circuit imprimé 130 lorsque la pile 162 est reçue à l’intérieur de ce réceptacle 160. A cet effet, le fond 174 s’étend verticalement entre la face arrière de la pile 162 et le circuit imprimé 130. Ce fond 174 est réalisé dans un matériau isolant. Par exemple, le fond 174 est réalisé en polymère tel que du plastique.

Du fait de la présence du fond 174, le circuit imprimé 130 comporte au moins une piste électrique qui passe sous le fond 174 pour:

- raccorder la pile 162 à un autre composant électrique du circuit électronique 128, ou

- pour raccorder entre eux deux composants électriques du circuit électronique 128 autre que la pile 162.

Ainsi, la présence du fond 174 permet d’augmenter la place disponible pour placer les pistes électriques du circuit imprimé 130. Cela permet donc de réduire la surface du circuit imprimé ou, à surface égale, de loger plus de pistes électriques et/ou plus de composants électroniques.

La figure 6 représente l'automate 50 monté sur le rail 52 ainsi que deux autres automates 180 et 182 montés sur le même rail 52. Par exemple, les automates 180, 182 sont structurellement identiques à l'automate 50. Cette figure illustre que la disposition des barrettes 100, 102 de connecteurs le long des bords supérieur et inférieur du circuit imprimé 130 permet d'accoler les automates 50, 180, 182 les uns aux autres sans perdre de place entre ces automates.

Chapitre II : Variantes

En variante, le mécanisme 64 de fixation est modifié pour permettre la fixation du boîtier 60 sur un autre type de rail DIN défini dans la norme EN50022. Par exemple, il peut s’agir d’un rail DIN miniature dont la largeur est inférieure à 15mm au lieu de 35mm.

La norme DIN43880 définit plusieurs tailles possibles pour le boîtier 60. Ainsi, tout en restant conforme à la norme DIN43880, le boîtier 60 peut présenter d'autres dimensions. Par exemple, en variante, les dimensions du boîtier 60 sont celles définies sous les termes de "taille 2" ou "taille 3" dans la norme DIN43880. Le boîtier 60 peut aussi présenter des dimensions telles que celles définies par les termes "taille 4" ou "taille 5" ou "taille 6" dans la norme DIN43880. Dans ces derniers cas, la protubérance 78 est omise. Quelle que soit la taille du boîtier 60, son épaisseur doit rester comprise entre 17,5 mm et 18 mm.

L’excroissance 68 peut être omise.

Les barrettes 100, 102 ne sont pas nécessairement débrochables.

Le nombre de connecteurs par barrettes peut être augmenté ou diminué. De plus, le nombre de connecteurs de la barrette 100 peut être différent du nombre de connecteurs de la barrette 102. De même, dans une variante simplifiée, l’une des deux barrettes 100, 102 est omise.

Dans un autre mode de réalisation, si le nombre de connecteurs de la barrette 100 ou 102 est inférieur ou égal à trois, alors cette barrette peut être pivotée de 90degrés autour d’un axe parallèle à la direction Z. Dans ce cas, la barrette s’étend alors principalement dans la direction X comme représenté dans le cas de la figure 1.

D’autres modes de réalisation des connecteurs sont possibles. Par exemple, le bornier à vis peut être remplacé par un mécanisme de clipsage de l’extrémité dénudée des fils conducteurs.

En variante, le nombre de relais électromécaniques soudés sur le circuit imprimé 130 est différent de quatre. Par exemple, le nombre de relais électromécaniques soudés sur le circuit imprimé 130 et commandé par le microcontrôleur 156 peut être égal à deux ou trois ou encore supérieur ou égal à cinq même lorsque chacun de ces relais électromécaniques présente un pouvoir de coupure important.

L’émetteur-récepteur 136 peut être remplacé par un connecteur permettant d’établir une liaison filaire avec, par exemple, un terminal de programmation ou un autre appareil extérieur.

Dans un autre mode de réalisation, l’émetteur-récepteur 136 est logé ailleurs qu’à l’intérieur de la protubérance 78.

En variante, le réceptacle 160 est omis et la pile 162 est directement soudée sur une piste électrique du circuit imprimé 130. Dans ce cas, le circuit imprimé 130 comporte une piste électrique qui vient directement en contact mécanique et électrique avec la face arrière de la pile 162.

L’interface homme/machine 134 peut être réalisée différemment. Par exemple, elle peut comporter à la place ou en plus des voyants d’autres éléments comme par exemple:

- un bouton ou un levier ou une roue directement actionnable par l’utilisateur,

- un écran pour afficher des informations,

- des voyants supplémentaires.

Dans un mode de réalisation simplifié, l’interface homme/machine 134 est omise. Dans ce cas, les orifices 82 et 84 peuvent aussi être omis.

Dans un mode de réalisation simplifié, la mémoire 158 est intégrée à l'intérieur du microcontrôleur 156. Dans un autre mode de réalisation, la mémoire interne du microcontrôleur est omise et les instructions du programme de commande sont enregistrées dans la mémoire externe 158.

Le nombre d’entrées de l’automate peut être différent de ce qui a été précédemment décrit. Par exemple, dans certains modes de réalisation, le nombre d’entrées peut être inférieur au nombre de sorties de l’automate. Le nombre d’entrée peut aussi être beaucoup plus grand que le nombre de sorties de l’automate ou égal au nombre de sorties.

En variante, les trous 122 et 124 sont omis ou placés ailleurs qu’à proximité de l’intersection entre la face avant et les faces supérieure et inférieure. Dans un autre mode de réalisation, l’automate 50 comporte un ou plusieurs trous traversants supplémentaires en plus des trous 122 et 124.

Tout ce qui a été décrit ici dans le cas particulier d'un automate programmable s'applique à tout produit d'automatisme au format DIN43880 qui commande des relais électromécaniques, ayant un pouvoir de coupure important, en fonction de données reçues sur ses entrées et/ou en fonction de son application. Ainsi, cela s'applique aux produits d'automatisme tels que des automates programmables connus sous l'acronyme «PLC» ("Programmable Logic Contrôler"), des contrôleurs logiques ou encore des relais intelligents connus sous le nom de "Smart Relay" Par exemple, en variante, les relais électromécaniques sont commandés en fonction d’une minuterie qui décompte une durée prédéterminée enregistrée dans une mémoire et, par exemple, qui déclenche, à intervalle régulier, la commutation des relais électromécaniques entre leur position ouverte et fermée. Cela s'applique également aux produits d'automatisme configurables par l'intermédiaire de touches ou de boutons directement prévus sur le boîtier 60. Enfin, cela s'applique aussi aux produits d'automatismes non programmables.

Chapitre III : Avantages des modes de réalisation décrits

Le fait de positionner le circuit imprimé 130 parallèlement aux flancs 94 et 96 et de n’utiliser qu’un seul circuit imprimé, au lieu de trois comme dans l’état de l’art connu, permet de simplifier le produit d'automatisme. De plus, cette simplification est obtenue sans modifier l’épaisseur du boîtier et sans dégrader les performances du produit d'automatisme.

Le fait de disposer les barrettes de connecteurs le long des bords supérieur et/ou inférieur du circuit imprimé tout en limitant leur épaisseur permet de confiner entièrement tous les connecteurs du produit d'automatisme entre les deux plans verticaux qui passent par les flancs. Dans ces conditions, comme représenté sur la figure 6, plusieurs exemplaires du produit d'automatisme peuvent être accolés les uns aux autres sur le même rail DIN sans que la connectique empêche de les accoler. Cela permet donc de réduire l’encombrement d’un ensemble de plusieurs de ces produits d'automatisme montés les uns à côtés des autres sur le même rail DIN.

La combinaison des trous 122 et 124 et du mécanisme 64, permet de monter le même produit 50 d'automatisme sur un rail DIN et, en alternance, sur un panneau. De plus, le fait de placer les trous 122, 124 entre les barrettes 100, 102 et la protubérance 78 permet à la fois:

- d’assurer une très bonne stabilité du boîtier 60 lorsqu’il est vissé sur un panneau, et

- d’augmenter la distance la plus courte entre la protubérance 78 et les barrettes 100 et 102.

Ce dernier point permet d’améliorer la sécurité du produit d'automatisme puisque la protubérance 78 qui est, lors de l’usage de ce produit d'automatisme, la partie la plus proche de l’utilisateur, se trouve maintenant encore plus éloignée des barrettes qui sont susceptibles d’être traversées par des courants dangereux pour l’utilisateur.

Le fait d’utiliser le réceptacle 160 dont le fond 174 est en matériau isolant permet de faire passer des pistes électriques du circuit imprimé 130 sous la pile 162. Cela permet d’augmenter la surface du circuit imprimé 130 disponible pour faire passer des pistes électriques. En fin de compte, cela permet de limiter la taille du circuit imprimé ou, à taille égale, d’augmenter le nombre de pistes électriques et/ou de composants électroniques susceptibles d’être soudés sur ce circuit imprimé.

Le fait que le circuit imprimé s’étend à l’intérieur de l’excroissance 68 du boîtier 60 permet d’augmenter la surface du circuit imprimé 130 et donc l’espace disponible pour placer des pistes électriques et/ou souder des composants électroniques sans pour cela modifier les autres dimensions du boîtier. Cela permet donc d’augmenter le nombre de pistes électriques et/ou de composants électroniques soudés sur le circuit imprimé 130 tout en conservant une épaisseur du boîtier 60 comprise entre 17,5mm et 18mm.

Le fait de placer l’émetteur-récepteur radio à l’intérieur de la protubérance 78 permet de limiter le nombre d’obstacles à traverser pour établir la liaison sans fil de transmission d’informations avec un autre produit d'automatisme ou avec un appareil externe. Cela permet, à distance égale entre le produit d'automatisme et l’appareil externe, de limiter la puissance d’émission de cet émetteur-récepteur 136 et donc l’encombrement et/ou la consommation électrique du produit 50 d'automatisme.

Claims

Produit d’automatisme au format DIN43880, ce produit d'automatisme comportant:
- un boîtier (60) comportant:
une face arrière (62) équipée d’un mécanisme (64) de montage du boîtier sur un rail DIN conforme à la norme EN50022, cette face arrière s’étendant principalement dans un plan arrière parallèle au plan de la paroi sur laquelle est fixé le rail DIN lorsque le boîtier est fixé dans ce rail DIN,

une face avant (72) située du côté opposé à la face arrière,

des flancs latéraux (94, 96) plats s’étendant chacun dans des plans latéraux respectifs, perpendiculaires au plan arrière, depuis la face arrière jusqu’à la face avant,

l’épaisseur de ce boîtier étant comprise entre 17,5mm et 18mm, l’épaisseur du boîtier étant égale à la distance maximale qui sépare les flancs (94, 96) de ce boîtier,
- au moins deux relais électromécaniques (150-153), chacun de ces relais électromécaniques comportant au moins deux contacts de puissance déplaçables entre:
une position fermée dans laquelle les deux contacts de puissance sont mécaniquement et électriquement raccordés l’un à l’autre, et

une position ouverte dans laquelle ces deux contacts de puissance sont mécaniquement et électriquement isolés l’un de l’autre,
le pouvoir de coupure de chacun de ces relais électromécaniques étant supérieur à 6A sous une tension de 250Vac ou de 30Vdc,
- une mémoire comportant des instructions d'un programme de commande des relais électromécaniques,
- un microcontrôleur (156) apte, lorsqu’il exécute des instructions du programme de commande, à commander le déplacement de chacun des relais électromécaniques entre leur position ouverte et fermée,
- un circuit imprimé (130) sur lequel est soudé le microcontrôleur,
caractérisé en ce que:
- les relais électromécaniques (150-153) sont soudés sur le même circuit imprimé (130) que celui sur lequel est soudé le microcontrôleur, et
- le circuit imprimé (130) s’étend dans un plan parallèle aux flancs latéraux.
Produit d'automatisme selon la revendication 1, dans lequel :
- le boîtier comporte des faces supérieure (90) et inférieure (92) qui s’étendent chacune depuis la face arrière jusqu’à la face avant dans des plans respectifs perpendiculaires à la fois au plan arrière et aux plans latéraux,
- le produit d'automatisme comporte deux barrettes (100, 102) de connecteurs, chacun des connecteurs de ces barrettes étant déplaçable entre:
une position occupée dans laquelle le connecteur enserre l’extrémité dénudée d’un fil conducteur, et

une position libre dans laquelle l’extrémité dénudée d'un fil conducteur peut librement être introduite et enserrée dans le connecteur,
chacune de ces barrettes de connecteurs étant directement soudée sur le circuit imprimé (130) le long d’un bord (144, 146) de ce circuit imprimé qui s’étend parallèlement à l’une des faces supérieure ou inférieure du boîtier, ces barrettes faisant saillie au-delà de cette face supérieure ou inférieure de manière à être accessible depuis l’extérieur du boîtier et s'étendant principalement dans une direction parallèle au bord du circuit imprimé le long duquel elles sont soudées, l’épaisseur maximale de chacune de ces barrettes de connecteurs étant inférieure à l’épaisseur du boîtier de sorte que chacune de ces barrettes de connecteurs est entièrement comprise entre les deux plans latéraux.
Produit d'automatisme selon la revendication 2, dans lequel:
- la face avant du boîtier comporte une protubérance (78), et
- le produit d'automatisme comporte deux trous (122, 124) traversants aptes chacun à recevoir une vis de fixation du produit d'automatisme sur un panneau, chacun de ces trous traversants débouchant dans chacun des flancs latéraux à un emplacement situé entre les barrettes (100, 102) et la protubérance (78), ces trous étant situés à moins de 1cm d’une intersection entre la face avant (72) et la face supérieure (90) et l’autre de ces trous étant situé à moins de 1cm d’une intersection entre la face avant (72) et la face inférieure (92).
Produit d'automatisme selon la revendication 3, dans lequel le produit d'automatisme comporte une interface homme/machine (134) soudée sur une portion du circuit imprimé reçue à l’intérieur de la protubérance, cette interface homme/machine étant visible ou accessible depuis l’extérieur du boîtier à travers la protubérance.
Produit d'automatisme selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- le produit d'automatisme comporte:
- une pile (162) comportant deux électrodes de polarité opposée,
- un réceptacle (160) pour cette pile, ce réceptacle comportant:
un fond (174) en matériau électriquement isolant, interposé entre la pile et le circuit imprimé, et

deux contacts électriques (170, 172) aptes chacun à venir en contact mécanique et électrique avec une électrode respective de la pile, ces contacts électriques étant soudés sur des pistes respectives du circuit imprimé, et
- le circuit imprimé (130) comporte au moins une piste électrique passant sous le fond du réceptacle de la pile et qui raccorde électriquement entre eux :
deux composants électroniques autre que la pile, ou

la pile et un autre composant électronique.
Produit d'automatisme selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel:
- la face arrière (62) du boîtier comporte une excroissance (68) apte à être reçue à l’intérieur du rail DIN lorsque le boîtier est monté sur ce rail DIN,
- le circuit imprimé (130) comporte une portion reçue à l’intérieur de cette excroissance et cette portion comporte au moins une partie de piste électrique et/ou un composant électronique soudé sur cette portion de circuit imprimé.
Produit d'automatisme selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel:
- la face avant (72) du boîtier comporte une protubérance (78), et
- le produit d'automatisme comporte un émetteur-récepteur radio (136) apte à établir une liaison sans fil de communication avec un appareil externe, cet émetteur-récepteur radio étant soudé sur une portion du circuit imprimé reçue à l’intérieur de la protubérance.
Produit d'automatisme selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le produit d'automatisme comporte au moins quatre relais électromécaniques (150-153) soudés sur le même circuit imprimé et au moins une entrée apte à recevoir des données de commande de ces relais électromécaniques.
Produit d'automatisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la hauteur du boîtier, dans une direction parallèle au plan arrière et aux plans latéraux, est inférieure ou égale à 90 mm.