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EP 1 251 596 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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02.06.2004 Patentblatt 2004/23 |
(22) |
Anmeldetag: 22.04.2002 |
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(54) |
Mehrpolige Steckverbindung für Steuerungs- und Automatisierungssysteme
Multipolar connector for control and automatic systems
Connecteur multipolaire pour les systèmes de contrôle et de réglage
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AT CH DE FR IT LI |
(30) |
Priorität: |
20.04.2001 EP 01109714
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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23.10.2002 Patentblatt 2002/43 |
(73) |
Patentinhaber: Murr-Elektronik Gesellschaft mit beschränkter Haftung |
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71570 Oppenweiler (DE) |
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(72) |
Erfinder: |
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- Bauermeister, Ralf
71332 Waiblingen (DE)
- Gutekunst, Jürgen
72622 Nürtingen (DE)
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(74) |
Vertreter: Wasmuth, Rolf, Dipl.-Ing. et al |
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Patentanwalt W. Jackisch & Partner
Menzelstrasse 40 70192 Stuttgart 70192 Stuttgart (DE) |
(56) |
Entgegenhaltungen: :
DE-A- 2 415 727 US-A- 6 111 772
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DE-A- 19 845 311
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine mehrpolige Steckverbindung zum Anschluß einer Eingabe/Ausgabe-Einheit
an einer Maschinensteuerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Steckverbindung
ist z.B. in dem Dokument DE 2415727 A offenbart.
[0002] Modulare Steuerungsanlagen sind in der herstellenden Industrie für Fertigungsanlagen,
Transportanlagen oder dgl. notwendig. Sie müssen sorgsam geplant und erstellt werden
und insbesondere bei Aufrüstung der Fertigungsanlagen Erweiterungen zulassen. Dies
wird durch fest verlegte Energie- und Datenleitungen erzielt, an die an beliebiger
Stelle über ihrer Länge eine Schnittstellenkarte angeschlossen werden kann, über die
mittels Eingabe/Ausgabe-Modulen und E/A-Einheiten, wie Aktoren, Sensoren oder dgl.
angeschlossen werden.
[0003] Der Anschluß eines Aktors an den Datenbus erfolgt in anderer Weise als der Anschluß
eines Sensors. Ein Sensor meldet Signale an den Datenbus, wird also vom Datenbus abgefragt.
Ein Aktor hingegen wird über den Datenbus mit einem Steuerungssignal beaufschlagt;
meist wird ein Aktor durch Schalten eines elektrischen Stromes betätigt. Bei einem
Aktor werden somit Steuerungssignale vom Datenbus an den Aktor übertragen. Die Auslegung,
Planung und Installation der Anlage muß daher in Abhängigkeit der eingesetzten Aktoren
und Sensoren erfolgen. Dies ist aufwendig und insbesondere dann störend, wenn beim
Umbau oder der Aufrüstung der Anlage Steckplätze getauscht werden und anstelle von
Sensoren Aktoren angeschlossen werden müssen oder umgekehrt.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mehrpolige Steckverbindung zum Anschluß
einer Eingabe/Ausgabe-Einheit an einer Maschinensteuerung derart auszubilden, daß
der Anschluß unterschiedlicher Eingabe/Ausgabe-Einheiten einfach möglich ist.
[0005] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
[0006] Die Steckverbindung stellt über eine elektronische Anschlußeinheit die Verbindung
mit dem Datenbus her, wobei derselbe Kontaktpin von der Anschlußeinheit wahlweise
als Signaleingang für einen Sensor oder als Steuerungsausgang für einen Aktor geschaltet
werden kann. Dies bedeutet, daß unabhängig von der angeschlossenen Eingabe/Ausgabe-Einheit
die körperliche Ausbildung der Steckverbindung gleich bleibt und die Umstellung von
einem Aktoranschluß auf einen Sensoranschluß elektronisch erfolgt. Diese elektronische
Umstellung ist per Software auch unmittelbar vom Datenbus aus möglich. Somit ist nur
eine Bauform einer Steckverbindung bzw. einer Modulvariante notwendig, was die Lagerhaltung,
die Montage und die Wartung vereinfacht.
[0007] In bevorzugter Ausführung ist der Pin einer Steckverbindung alternativ als Funktionseingang
oder Diagnoseeingang und der Pin als Ausgang oder Funktionseingang zu schalten.
[0008] Vorteilhaft ist ferner vorgesehen, einen Kontaktpin auch als Diagnoseeingang und/oder
Diagnoseausgang zu schalten, so daß z. B. ein freiwerdender Pin von der Anschlußeinheit
als Diagnoseanschluß genutzt werden kann.
[0009] In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen dem Kontaktpin der Steckverbindung
und der Anschlußeinheit ein elektronischer, von der Anschlußeinheit betätigter Schalter
angeordnet, der den Kontaktpin in Abhängigkeit des Typs der angeschlossenen E/A-Einheit
wahlweise mit einem Signaleingangsmodul der Anschlußeinheit oder mit einem Steuerungsausgangsmodul
und/oder mit einem Diagnosemodul verbindet. Über den von der elektronischen Anschlußeinheit
gesteuerten Schalter ist somit eine freie Parametrierbarkeit der Steckverbindung bzw.
der Kontaktpins der Steckverbindung möglich, so daß in einfacher Weise durch Umstecken
eines Sensors auf einen Aktoranschluß und umgekehrt die Steckverbindung der angeschlossenen
Einheit entsprechend betrieben werden kann.
[0010] Die Anschlußeinheit ist vorteilhaft über den Datenbus der Maschinensteuerung zu programmieren,
um den elektrischen Schalter entsprechend der angeschlossenen E/A-Einheit anzusteuern.
Daher können sowohl beim Hochfahren der Steuerung undefinierte Zustände vermieden
werden, und es ist jederzeit eine Umprogrammierung auf andere Parameter möglich.
[0011] Das Diagnosemodul kann die ausgewerteten Daten über den Feldbus einer zentralen Überwachungseinheit
übermitteln; vorteilhaft ist das Diagnosemodul mit Anzeigeelementen verbunden, die
zweckmäßig als LED's ausgeführt sind und vor Ort dem Benutzer die Möglichkeit geben,
eine fehlerhafte Eingabe/Ausgabe-Einheit zu erkennen und Gegenmaßnahmen einzuleiten.
Auftretende Fehlerzustände werden zweckmäßig sowohl an der Anzeigeeinheit signalisiert
als auch auf den Datenbus übertragen. Diese gleichzeitige Fehlermeldung vor Ort und
an die Zentrale gewährleistet eine hohe Sicherheit. Das Diagnosemodul überprüft nicht
nur die angeschlossene Einheit, sondern kann auch die Leitungsverbindung zu den Einheiten
bzw. zur Schnittstelle überwachen. Wird z.B. auf einen Ausgang ein Signal aufgegeben
und stellt sich als Reaktion ein Strom von z.B. weniger als 3mA ein, liegt ein Leitungsbruch
vor, der als "open load"-Zustand angezeigt wird.
[0012] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung
und der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt
ist. Es zeigen:
- Fig. 1
- in schematischer Darstellung eine Schnittstelle einer Maschinensteuerung mit einem
zentralen Datenbus,
- Fig. 2
- in schematischer Darstellung einen Prinzipschaltplan für die Beschaltung von frei
parametrierbaren Kontaktpins.
[0013] Die in Fig. 1 dargestellte Schnittstelle ist Teil einer Maschinensteuerung und wird
über eine Energieleitung 1 an ein spannungsführendes Netz angeschlossen sowie über
einen Feldbus 2 mit der zentralen Maschinensteuerung zum Austausch von Daten und Steuerungsbefehlen
verbunden.
[0014] An einem beliebigen Punkt der Energieleitung 1 und des Feldbus 2 kann über die Schnittstelle
die Verbindung zu einer Fertigungsanlage, einer Maschine oder dgl. aufgebaut werden.
Hierfür wird zunächst ein Netzteil 3 mit der Energieleitung 1 verbunden. Das Netzteil
3 dient der Spannungsversorgung anzuschließender Einzelkomponenten. Die Verbindung
mit dem Feldbus 2 wird über eine vorzugsweise aktive Schnittstellenkarte 4 erreicht,
welche vier Anschlüsse 4a, 4b, 4c und 4d für Einzelkomponenten wie eine Vielzahl von
Eingabe-/Ausgabemodulen 10, 12 oder dgl. aufweist.
[0015] Die Module 10 bestehen aus einer M12 Steckverbindung, während die Module 12 aus einer
M8 Steckverbindung 6 bestehen.
[0016] Die Module 10, 12 werden in einem Halter ortsfest angeordnet und über ein Linkmodul
11 und ein Schnittstellenkabel 23 mit einem Anschluß 4a, 4b, 4c, 4d der Schnittstellenkarte
4 verbunden.
[0017] Jede Steckverbindung 6 der Eingabe-/Ausgabemodule 10, 12 ist als mehrpolige Steckverbindung
zum Anschluß einer Eingabe/Ausgabe-Einheit wie eines Aktors 25 oder eines Sensors
15 vorgesehen, die in Fig. 1 schematisch angedeutet sind. Hierzu können die Kontaktpins
1, 2, 4 der in Fig. 2 dargestellten Steckverbindung 6 über eine elektronische Anschlußeinheit
41 und ein Buskabel 42 mit dem Datenbus 2 verbunden werden. Dabei ist erfindungsgemäß
vorgesehen, daß der selbe Kontaktpin 1, 2 oder 4 wahlweise als Signaleingang für einen
Sensor oder als Steuerungsausgang für einen Aktor zu schalten ist. Derselbe Kontaktpin
1, 2, 4 kann ferner als Diagnoseeingang und/oder Diagnoseausgang zu schalten sein.
Bevorzugt ist bei einer M12 Steckverbindung der Pin 2 und der Pin 4 frei parametrierbar,
wobei der Pin 2 bzw. 4 z.B. als digitaler Funktionseingang mit Schließeroder Öffner-Funktionalität,
als Diagnoseeingang oder auch als digitaler Ausgang zu beschalten ist. Alternativ
ist auch eine Parametrierung als analoger Eingang und Ausgang für Spannung und Strom
zweckmäßig. Über analoge Eingänge können z.B. Stellsensoren angeschlossen sein, deren
Signalspannung oder Signalstrom proportional einer Steuergröße ist und z.B. im Bereich
zwischen 0 und 10V oder 0 und 20 mA liegt. Entsprechend sind auch Stellglieder als
Aktoren ansteuerbar, so daß am Ausgang ein analoges Steuersignal aufgegeben wird.
[0018] Zur freien Parametrierung eines Kontaktpins 1, 2 oder 4 ist zwischen jedem Kontaktpin
1, 2, 4 der Steckverbindung 6 und der Anschlußeinheit 41 ein elektronischer Schalter
40 angeordnet, der bevorzugt als IC ausgebildet ist. Der elektronische Schalter 40
ist von der Anschlußeinheit 41 betätigt, wobei jeder einzelne Kontaktpin 1, 2, 4 in
Abhängigkeit des Typs der angeschlossenen E/A-Einheit 15, 25 wahlweise mit einem Signaleingangsmodul
30 oder - von einem Steuersignal-Ausgangsmodul 31 gesteuert - mit einer Spannungsversorgung
33 zu verbinden ist. Die Anschlußeinheit 41 kann jeden der Kontaktpins 1, 2, 4 auch
mit einem Diagnosemodul 32 zur Fehlererkennung verbinden.
[0019] Der insbesondere als IC ausgebildete elektronische Schalter 40 ist über das Buskabel
42 vom Feldbus 2 der Maschinensteuerung anzusteuern, so daß eine Steckverbindung 6
eines E/A-Moduls 10, 12 entsprechend den über die Steckverbindung 6 angeschlossenen
Eingabe/Ausgabe-Einheiten unterschiedlich genutzt werden kann. Wird über die Steckverbindung
z. B. ein zweipoliger Sensor angeschlossen, können die Pole 1 und 2 über die elektronischen
Schalter 40 und die Steuer/Signalleiten 43 mit dem Signaleingangsmodul 30 verbunden
werden; von der Spannungsversorgung 33 sind die Kontaktpins 1 und 2 dann abgekoppelt.
Über den noch freien Kontaktpin 4 kann eine Diagnose des angeschlossenen Sensors vorgenommen
werden, so daß der Kontaktpin 4 über das IC 40 mit dem Diagnosemodul 32 verbunden
wird. Über das Diagnosemodul werden LED's 34a, 34b, 35a, 35b angesteuert, welche den
jeweiligen Zustand der Leitungen oder des Sensors anzeigen und einen Fehler z. B.
auf Pin 2 oder 4 sofort anzeigen. So sind jedem Pin eine gelbe LED 34a, 35a als OK-Anzeige
und eine rote LED 34b und 35b als Fehleranzeige zugeordnet.
[0020] Die Anschlußeinheit 41 kann selbstdedektierend sein, d. h., nach Anschluß z. B. eines
Sensors an die Steckverbindung 6 prüft die Anschlußeinheit 41, ob durch den angeschlossenen
Kontaktpin 1 ein Strom fließt. Ist dies der Fall, wird der Anschluß als Sensor erkannt
und das IC 40 entsprechend angesteuert. Eine Erkennung eines Sensors kann auch durch
aufgegebene Prüfsignale und darauf eingehende elektrische Rückmeldungen erfolgen.
[0021] Ist ein Aktor an die Steckverbindung 6 angeschlossen, liegen andere elektrische Verhältnisse
vor als bei einem Sensor, so daß der Anschluß als Ausgang zu erkennen und entsprechend
von der Anschlußeinheit 41 über das IC 40 anzusteuern ist. Auch die Aktoren können
über das Diagnosemodul 32 überwacht werden, so daß z.B. bei einem aufgegebenen Steuersignal
der sich einstellende Strom überwacht wird. Liegt dieser unter einem Grenzwert von
z.B. 3mA, liegt ein Leitungsbruch vor, der als "open load"-Zustand angezeigt wird.
[0022] Mit einem Diagnosemodul kann insbesondere ein auch schleichend auftretender überstrom
festgestellt werden, so daß eine Art Vorausfallanzeige geschaffen ist. Dem Benutzer
wird ein zu hoher Strom angezeigt, der vor einem in naher Zukunft möglichen Ausfall
warnt, obwohl die Anlage zum Zeitpunkt der aktivierten Überstromanzeige noch fehlerfrei
arbeitet. Die Ausgangsströme können bei vorteilhaft digitalen Ausgängen zwischen Grenzwerten
im Bereich von 0 bis 2A eingestellt, vorzugsweise variabel eingestellt werden. Die
zulässigen Ströme können so entsprechend der Parametrierung wahlweise eingestellt
werden, so daß durch das Diagnosemodul jeder Pin 1, 2 oder 4 auf den zulässigen Strom
überwacht werden kann. Bei einem fertiggestellten Überstrom zwischen 100% und 120%
wird eine Vorausfallanzeige generiert, die die überlast meldet. Der Benutzer kann
so einen bevorstehenden Ausfall erkennen und Gegenmaßnahmen einleiten.
1. Mehrpolige Steckverbindung zum Anschluß einer E/A-Einheit wie eines Aktors (25), eines
Sensors (15) oder dgl. an eine Maschinensteuerung mit einem zentralen Feldbus (2),
wobei zumindest ein Kontaktpin (1, 2, 4) der Steckverbindung (6) über eine elektronische
Anschlußeinheit (41) mit dem Feldbus (2) zu verbinden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß derselbe Kontaktpin (1, 2, 4) wahlweise als Signaleingang für einen Sensor (15) oder
als Steuerungsausgang für einen Aktor (25) zu schalten ist.
2. Steckverbindung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß derselbe Kontaktpin (22) als Diagnoseeingang und/oder Diagnoseausgang zu schalten
ist.
3. Steckverbindung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kontaktpin (22) der Steckverbindung (6) und der Anschlußeinheit (41)
ein elektronischer, von der Anschlußeinheit (41) betätigter Schalter (40) angeordnet
ist, der den Kontaktpin (22) in Abhängigkeit des Typs der angeschlossenen E/A-Einheit
(15, 25) wahlweise mit einem Signaleingangsmodul (30) der Anschlußeinheit (41) oder
mit einem Steuersignal-Ausgangsmodul (31) der Anschlußeinheit (41) und/oder mit einem
Diagnosemodul (32) verbindet.
4. Steckverbindung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (40) ein IC ist.
5. Steckverbindung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Diagnosemodul (32) mit vorzugsweise einem Pin zugeordneten Anzeigeelementen (34,
35) verbunden ist.
6. Steckverbindung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeelemente (34, 35) LED's sind.
7. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang und/oder Ausgang als digitaler Eingang bzw. Ausgang geschaltet ist.
8. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang und/oder Ausgang als analoger Eingang bzw. Ausgang geschaltet ist.
9. Steckverbindung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstrom eines Ausgangs zwischen Grenzwerten im Bereich von vorzugsweise
3mA bis 2A schaltbar, insbesondere variabel einstellbar ist.
10. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Diagnosemodul (32) Betriebsströme überwacht und bei Überschreiten eines Grenzwertes
eine Vorausfallanzeige und/oder eine Fehleranzeige generiert.
1. Multipole pin and socket connector for connecting an input/output unit, such as an
actuator (25), a sensor (15) or similar, to a machine control incorporating a central
field bus (2), enabling at least one contact pin (1, 2, 4) of the pin and socket connector
(6) to be connected to a field bus (2) via an electronic connection unit (41),
characterised in that the same contact pin (1, 2, 4) may be optionally connected as a signal input for
a sensor (15) or as a control output for an actuator (25).
2. Pin and socket connector as claimed in claim 1,
characterised in that the same contact pin (22) may be connected as a diagnostic input and/or diagnostic
output.
3. Pin and socket connector as claimed in claim 1 or 2,
characterised in that an electronic switch (40) operated by the connection unit (41) is disposed between
the contact pin (22) of the pin and socket connector (6) and the connection unit (41),
which optionally connects the contact pin (22) to a signal input module (30) of the
connection unit (41) or to a control signal output module (31) of the connection unit
(41) and/or to a diagnostic module (32) depending on the type of input/output unit
(15, 25) connected.
4. Pin and socket connector as claimed in claim 3,
characterised in that the electronic switch (40) is an IC.
5. Pin and socket connector as claimed in claim 3 or 4,
characterised in that the diagnostic module (32) is preferably connected to display elements (34, 35) co-operating
with a pin.
6. Pin and socket connector as claimed in claim 5,
characterised in that the display elements (34, 35) are LEDs.
7. Pin and socket connector as claimed in one of claims 1 to 6,
characterised in that the input and/or output is connected as a digital input or output.
8. Pin and socket connector as claimed in one of claims 1 to 6,
characterised in that the input and/or output is connected as an analogue input or output.
9. Pin and socket connector as claimed in claim 7 or 8,
characterised in that the output current of an output can be adjusted, preferably variably, between threshold
values, preferably within the range of 3mA to 2A.
10. Pin and socket connector as claimed in one of claims 2 to 9,
characterised in that the diagnostic module (32) monitors operating currents and generates a predictive
failure indication and/or a fault indication if a threshold value is exceeded.
1. Connecteur multipolaire pour le raccordement d'une unité d'entrée sortie telle qu'un
actionneur (25), un capteur (15) ou de même à une commande de machine comprenant un
bus de terrain (2) central, au moins une broche de contact (1, 2, 4) du connecteur
(6) étant à relier au bus de terrain (2) par l'intermédiaire d'une unité électronique
de raccordement (41),
caractérisé en ce que la même broche de contact (1, 2, 4) est à commuter ou en tant qu'entrée de signal
pour un capteur (15) ou en tant que sortie de commande pour un actionneur (25).
2. Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la même broche de contact (22) est à commuter en tant qu'entrée et / ou sortie de
diagnostic.
3. Connecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un commutateur électronique (40) actionné par l'unité de raccordement (41) est aménagé
entre la broche de contact (22) du connecteur (6) et l'unité de raccordement (41),
lequel commutateur relie la broche de contact (22), en fonction du type de l'unité
d'entrée sortie raccordée (15, 25), ou à un module (30) d'entrée de signal de l'unité
de raccordement (41) ou à un module (31) de sortie de signal de commande de l'unité
de raccordement (41) et / ou à un module (32) de diagnostic.
4. Connecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le commutateur électronique (40) est un circuit intégré.
5. Connecteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le module (32) de diagnostic est relié à des éléments d'indication (34, 35) affectés
de préférence à une broche.
6. Connecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments d'indication (34, 35) sont des électrodes électroluminescentes (LED).
7. Connecteur selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'entrée et / ou la sortie est commutée en tant qu'entrée respectivement sortie numérique.
8. Connecteur selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'entrée et / ou la sortie est commutée en tant qu'entrée respectivement sortie analogique.
9. Connecteur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le courant de sortie d'une sortie est réglable de manière commutée, en particulier
de manière variable, entre des valeurs limites dans la plage de préférence de 3 mA
à 2 A.
10. Connecteur selon une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que le module (32) de diagnostic surveille des courants de fonctionnement et, dans le
cas de dépassement d'une valeur limite, génère une indication d'avertissement et /
ou d'erreur.