Surveillance des entrées numériques 110 V CC dans les chemins de fer avec Dewesoft

La surveillance des entrées numériques 110 V CC est vitale pour les chemins de fer, les centrales électriques et autres infrastructures critiques où ces lignes alimentent des systèmes essentiels et communiquent leur état opérationnel. Pour garantir une acquisition sûre et synchronisée avec les données analogiques, les ingénieurs doivent adapter ces signaux haute tension aux systèmes modernes d’acquisition de données — sans compromettre la précision ni la sécurité. Découvrez deux approches éprouvées : un circuit diviseur de tension et une interface relais à contact sec.

Introduction

Dans diverses infrastructures critiques, en particulier dans le secteur ferroviaire, incluant à la fois les voies ferrées et les trains, les lignes 110 V CC sont une norme largement adoptée pour distribuer l’énergie aux sous-systèmes auxiliaires. Ces systèmes auxiliaires sont vitaux pour le fonctionnement continu et sûr de ces réseaux, alimentant tout, des mécanismes de contrôle à l’éclairage intérieur et aux systèmes de communication.

Au-delà de leur fonction principale de distribution d’énergie, les lignes 110 V CC sont également largement utilisées pour transmettre des signaux numériques. Il est possible de combiner alimentation et communication sur les lignes 110 V CC en utilisant la communication par courant porteur (PLC), qui superpose des signaux de données aux lignes d’alimentation par modulation haute fréquence. Cette transmission est souvent réalisée en intégrant des relais à contact sec, qui agissent comme des interrupteurs s’ouvrant ou se fermant en réponse aux changements de l’état opérationnel du système.

Lorsqu’un paramètre spécifique du système change — par exemple, un disjoncteur se déclenche, une porte s’ouvre ou un signal change — le relais correspondant commute, modifiant l’état d’une ligne 110 V CC. Une telle transmission offre un moyen robuste et fiable de transmettre des informations critiques à travers le réseau.

Bien que la signalisation 110 V CC soit la plus courante dans les réseaux ferroviaires, les ingénieurs utilisent des lignes à double usage similaires dans les centrales électriques, les usines et les systèmes maritimes — où la fiabilité et la simplicité priment sur la communication haute vitesse. Dans tous les cas, le même défi s’applique : capturer en toute sécurité l’état logique des signaux CC moyenne tension pour la surveillance et le diagnostic.

Là où la sécurité, la fiabilité et la simplicité sont plus importantes que la bande passante des données, les lignes CC à double fonction restent en usage. Au lieu de protocoles de données complexes, un simple état « sous tension/non sous tension » permet une surveillance rapide et infaillible.

Le problème

Lors de la mise en service, de la maintenance ou du diagnostic de pannes, les ingénieurs doivent capturer les signaux d’état numérique simultanément avec les mesures analogiques telles que le courant, la tension ou les vibrations. La synchronisation de ces signaux est essentielle pour comprendre le comportement du système en temps réel — par exemple, corrélant un événement de déclenchement de relais avec une fluctuation de puissance ou un pic de vibration. Le défi consiste à le faire en toute sécurité et sans perturber le fonctionnement du système.

Il est donc essentiel d’effectuer le processus d’acquisition de manière fiable sans interférer avec le fonctionnement continu de la ligne. Toute perturbation, même mineure, pourrait entraîner une instabilité du système ou des interruptions opérationnelles. Cette condition nécessite l’utilisation de techniques de mesure non invasives et de circuits d’interface soigneusement conçus qui ne consomment pas de courant excessif ni n’introduisent de bruit électrique indésirable dans le système, garantissant ainsi la sécurité et l’intégrité du processus.

Compatibilité avec les entrées DAQ

Un défi majeur dans la lecture de l’état logique d’une ligne 110 V CC est l’incompatibilité électrique avec les entrées numériques isolées standard (DI) des systèmes d’acquisition de données (DAQ). De nombreux DAQ industriels ou mobiles — y compris les systèmes Dewesoft — présentent :

• Entrées numériques isolées
  Généralement compatibles avec des niveaux logiques de 5 V à 24 V

• Tension nominale maximale
  En entrée, généralement ±40 V

• Protection limitée contre les surtensions

Connecter directement une ligne 110 V CC à une entrée numérique endommagerait définitivement l’appareil d’acquisition et présenterait de sérieux risques électriques pour la sécurité. Une interface intermédiaire est donc nécessaire pour adapter le signal aux niveaux d’entrée du DAQ en toute sécurité.

Solutions proposées

Toute interface utilisée pour adapter les signaux 110 V CC à un système DAQ doit satisfaire trois critères de conception fondamentaux :

• Sécurité électrique : Éviter les dommages dus aux surtensions et protéger les opérateurs.

• Intégrité du signal : Éviter de charger le circuit ou de déformer l’état logique.

• Synchronisation : Garantir la compatibilité avec les entrées numériques des systèmes d’acquisition de données (DAQ) pour une acquisition simultanée avec les voies analogiques.

Deux approches pratiques répondent à ces exigences pour acquérir en toute sécurité une ligne 110 V CC en utilisant les entrées numériques isolées électriques du DAQ : le diviseur de tension et l’interface relais à contact sec.

Modules Dewesoft recommandés

• Modules d'acquisition de données KRYPTON: KRYPTONi-16xDI ou KRYPTONi-8xDI-8xDO

• Modules d'acquisition de données IOLITE: IOLITE-32xDI

• OBSIDIAN ou SIRIUS Systèmes avec entrée numérique

Diviseur de tension

Une solution fiable et simple consiste en un diviseur de tension composé de résistances de haute valeur connectées entre la ligne 110 V et la masse. Le point milieu du diviseur est connecté à l’entrée numérique du DAQ, garantissant que l’entrée voit une tension beaucoup plus basse et conforme.

Cependant, les entrées numériques des DAQ ont généralement une impédance comparable à celle du circuit qu’elles mesurent (1–100 kΩ). Cette condition peut provoquer des chutes de tension à la sortie du diviseur, affectant potentiellement le circuit sous test. L’inconvénient de l’impédance d’entrée signifie que la tension au point de mesure chute lorsque la DI est connectée, pouvant descendre en dessous du seuil d’activation minimum.

Dans la méthode du diviseur de tension, vous devez choisir les valeurs des résistances R1 et R2 de sorte que :

• La tension de sortie (Vout) au point médian correspond à la plage d'entrée numérique du système d'acquisition de données (généralement de 5 à 24 V).

• Les résistances peuvent dissiper sans risque la puissance fournie par la ligne 110 V CC sans surchauffe.

Les valeurs R1 et R2 dans les schémas de la figure 1 sont présentées à titre d’exemple, calculées pour la compatibilité avec les appareils Dewesoft suivants :

• KRYPTONi-16xDI

• KRYPTONi-8xDI-8xDO

Pour d’autres appareils, Dewesoft recommande de vérifier les spécifications du module DI spécifique ou de contacter le réseau de support mondial Dewesoft.

Le principe derrière cela est que vous devez dimensionner les valeurs R1 et R2 de sorte que :

• La tension divisée est inférieure à la tension maximale admissible du canal DI du DAQ lors de la connexion du diviseur de tension au DI.

• La dissipation de puissance reste acceptable pour la dissipation thermique.

• L'impédance d'entrée du DAQ minimise la tension au point de mesure (ce qui implique que la résistance du diviseur est aussi faible que le permettent les restrictions de consommation d'énergie).

En option, une diode TVS ou un clamp Zener, deux dispositifs de protection capables de « capturer » les pics de tension avant qu’ils ne puissent endommager les composants électroniques sensibles, peuvent être ajoutés pour la protection contre les transitoires.

Interface relais à contact sec

Une approche plus sûre et entièrement isolée utilise la ligne 110 V CC pour activer un relais à contact sec, qui à son tour commute une tension locale de 12 V vers l’entrée du DAQ.

Les contacts de sortie d’un relais à contact sec agissent comme un simple interrupteur mécanique — ils ne fournissent aucune tension ni courant eux-mêmes. Au lieu de cela, ils s’ouvrent ou se ferment pour connecter ou déconnecter un circuit externe. « Sec » signifie qu’il n’y a pas de source de tension interne du côté sortie.

Les contacts du relais sont électriquement isolés et ne transportent que la tension et le courant fournis de l’extérieur. En termes plus simples, un relais à contact sec est comme un interrupteur d’éclairage que vous pouvez allumer ou éteindre, mais il n’a pas sa propre source d’alimentation ; il connecte ou déconnecte simplement l’alimentation d’une autre source.

L’interface relais à contact sec est idéale pour les environnements exigeant une isolation galvanique, une sécurité électrique et une conformité aux normes ferroviaires, par exemple EN 50155. Elle élimine tout couplage électrique direct entre la ligne 110 V et le système DAQ, réduisant ainsi les risques pendant la maintenance ou les tests.

Avec cette configuration, vous devez dimensionner R1 pour qu’il soit conforme aux spécifications du relais. Globalement, la solution offre ces avantages :

• Isolation galvanique complète entre la ligne 110 V CC et le système d'acquisition de données.

• Fonctionnement entièrement en basse tension côté acquisition de données.

• Fiabilité à toute épreuve, conforme aux normes de sécurité ferroviaire (par exemple, EN 50155).

• Immunité aux perturbations et transitoires électriques.

Avis de sécurité

Vérifiez toujours les spécifications des composants, les niveaux d’isolation et le câblage avant de vous connecter à des systèmes 110 V CC sous tension. Utilisez des fusibles, une mise à la terre et des dispositifs de protection appropriés conformément aux normes de sécurité IEC/EN.

Conclusions

Nous avons évalué deux solutions d’interface pour acquérir en toute sécurité des entrées numériques 110 V CC avec les systèmes Dewesoft.
L’approche par diviseur de tension est économique et simple, ne nécessitant que des résistances, mais elle exige un dimensionnement minutieux pour éviter les chutes de tension, la chaleur excessive ou les effets de charge de l’impédance d’entrée du DAQ.
La solution par diviseur de tension ne nécessite aucun relais externe supplémentaire, mais seulement deux résistances. Vous devez calculer les valeurs des résistances pour limiter le couplage indésirable entre le diviseur de tension et l’impédance d’entrée numérique tout en minimisant la génération de chaleur par effet Joule.
Bien qu’elle nécessite des composants externes, la solution par relais à contact sec offre une isolation galvanique complète, un fonctionnement en basse tension et une plus grande robustesse, ce qui en fait l’option la plus fiable pour les applications ferroviaires et d’infrastructure critiques.
La solution par relais à contact sec est infaillible et simple. La fermeture de la source de tension 12 V CC isolée sur l’entrée DI+ garantit un fonctionnement en basse tension et découple la ligne 110 V CC de l’instrument et de l’opérateur.
Les deux approches permettent une acquisition sûre, fiable et synchronisée des signaux logiques 110 V CC avec les systèmes d’acquisition de données Dewesoft.
En combinant ces techniques d’interface avec les capacités d’acquisition de données haute vitesse et synchronisées de Dewesoft, les ingénieurs peuvent capturer chaque événement critique — en toute sécurité, avec précision et en parfaite corrélation avec les données analogiques.