Introduction aux réseaux de communication industriels

1. Introduction aux réseauxde communication industriels Chapitre 1 : Notions de base Chapitre 2 : Les besoins et le positionnement des principaux réseaux Chapitre 3 : Le modèle ISO Chapitre 4 : Les supports physiques Chapitre 5 : Les principaux moyens d ’accès au médium Chapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application Chapitre 7 : Les produits d ’interconnexion

2. Introduction aux réseauxde communication industriels Chapitre 14 : Interbus Chapitre 15 : Modbus Chapitre 16 : Tableau comparatif des principaux réseaux Chapitre 17 : Aperçu de l ’offre de communication IA Chapitre 18 : La fonction communication traitée par PL7

3. Coupleur de communication Coupleur de communication Informations Emission Emission Médium Informations Réception Réception Emetteur / Récepteur Chapitre 1 : Notions de base Les éléments mis en œuvre lors d ’une communication Emetteur / Récepteur Les informations sont des éléments physiques (lumière, son, image, tension électrique etc…) auxquels un sens a été attrIbué.

4. Les informations peuvent être transmises sous forme analogique : évolution continue de la valeur Ou sous forme numérique : évolution discontinue de la valeur (échantillonnage) 1 0 Chapitre 1 : Notions de base Les techniques de transmission

5. Chapitre 1 : Notions de base Les types de transmission Transmission simplex : mono-directionnel Transmission half duplex : bi-directionnel alterné Transmission full duplex : bi-directionnel simultané

6. Chapitre 1 : Notions de base Les types de transmission • Transmission série : La liaison nécessite en général 3 fils : émission, réception et masse. Les bits d ’un octet sont transmis les uns à la suite des autres. • Transmission parallèle : • Les bits d ’un octet sont transmis simultanément. • Utilisé pour des courtes distances, chaque canal ayant tendance à perturber ses voisins la qualité du signal se dégrade rapidement.

7. Chapitre 1 : Notions de base Les types de transmission série • Transmission série synchrone : Les informations sont transmises de façon continue. Un signal de synchronisation est transmis en parallèle aux signaux de données. • Transmission série asynchrone : • Les informations peuvent être transmises de façon irrégulière, cependant l ’intervalle de temps entre 2 bits est fixe. • Des bits de synchronisation (START, STOP) encadrent les informations de données.

8. Chapitre 1 : Notions de base Les réseaux de communication industriels Pour des raisons liées au coût et à la robustesse, la plupart des réseaux de communication industriels utilisent : une transmission numérique série asynchrone half-duplex.

9. Niveau 3 Entreprise Système d ’information 1 1 Mbits minute 1 kbits Niveau 2 Atelier Gestion de production Supervision 1 s NOMBRE D'INFORMATIONS VITESSE A TRANSMETTRE Niveau 1 Machines Le contrôle commande DE REACTION NECESSAIRE Niveau 0 Capteurs Actionneurs Les constituants 1 bit 1 ms Chapitre 2 : Besoins et positionnement des principaux réseaux Les besoins en communication industrielle

10. Réseaux informatiques (Data Bus) Réseaux locaux industriels Pilotage de processus (Field Bus) Ethernet TCP/IP FTP - HTTP CANopen Bus de terrain FIPWAY Ethernet TCP/IP Modbus FIPIO ( Device Bus) Modbus Plus Profibus-DP Bus capteurs DeviceNet Interbus actionneurs ( Sensor Bus) Pilotage de machine Modbus AS-i Simples Evolués Chapitre 2 : Besoins et positionnement des principaux réseaux Positionnement des principaux réseaux et bus

11. Organise et synchronise les échanges entre utlisateurs STATION COUCHE RESEAU COUCHE PHISIQUE COUCHELIAISON COUCHETRANSPORT SESSIONLAYER COUCHE PRESENTATION 4 1 6 3 2 5 Exemple : Modbus COUCHE APPLICATION 7 Protocole : définit un langage commun d ’échanges entre les équipements (sémantique et signification des informations) Transcodage du format : pour permettre à des entités de nature différente de dialoguer (ex: PC / Mac) Notion de réseau Exemple: TCP/IP Contrôle de l ’acheminement de bout en bout : reprise sur erreurs signalées ou non par la couche réseau Routage des données : établissement du chemin entre différents réseaux Notion de bus Contrôle de la liaison : adressage, correction d ’erreur, gestion du flux Gestion de l’accès au médium : définit quand on peut émettre Le hardware : le médium utilisé : paire torsadée, câble coaxial, fibre optique…, la forme des signaux véhiculés, la connectique TCP : Transmission Control Protocol (Couche 4) IP : Internet Protocol (Couche 3) Chapitre 3 : Le modèle ISO Description du modèle OSI ISO = International Organization for Standardization

12. Chapitre 4 : Les supports physiques Les supports physiques Les principaux supports utilisés Quelques standards électriques en paire torsadée Les différentes topologies

13. Les supports de transmission ou MEDIUMS influent sur : • vitesse • distance • immunité électro-magnétique Coût du médium Faible La paire de fils torsadés Le plus simple à mettre en œuvre, et le moins cher. Le câble coaxial Il se compose d’un conducteur en cuivre, entouré d’un écran mis à la terre. Entre les deux, une couche isolante de matériau plastique. Le câble coaxial a d’excellentes propriétés électriques et se prête aux transmissions à grande vitesse. La fibre optique Important Ce n’est plus un câble en cuivre qui porte les signaux électriques mais une fibre optique qui transmet des signaux lumineux. Convient pour les environnements industriels agressifs, les transmissions sont sûres, et les longues distances. Chapitre 4 : Les supports physiques Les principaux supports utilisés Mediums les plus utilisés :

14. Chapitre 4 : Les supports physiques Quelques standards paire torsadée • RS232 : • Liaison point à point par connecteur SUB-D 25 broches.Distance < 15 mètres, débit < 20 kbits/sec. • RS422A : • Bus multipoint full duplex (bi directionnel simultané) sur 4 fils. • Bonne immunité aux parasites, distance maxi 1200 mètres à 100 kbits/sec. • 2 fils en émission, 2 fils en réception. • RS485 : • Bus multipoint half duplex (bi directionnel alterné) sur 2 fils. • Mêmes caractéristiques que RS422A mais sur 2 fils.

15. TOPOLOGIE MAILLEE (les équipements sont reliés TOPOLOGIE POINT A POINT (entre 2 unités en entre eux pour former une communication) toile d’araignée. Pour atteindre un noeud , plusieurs chemins sont possibles) TOPOLOGIE EN ETOILE (plusieurs unités communiquent par leur TOPOLOGIE EN ANNEAU (toutes les unités sont montées propre ligne avec une en série dans une boucle fermée. unité dite Centrale) Þ les communications doivent traverser toutes les unités pour arriver au récepteur) TOPOLOGIE EN ARBRE (c’est une variante de la topologie en étoile) TOPOLOGIE BUS (le réseau se compose d’une ligne principale à laquelle toutes les unités sont connectées) Chapitre 4 : Les supports physiques Les différentes topologies

16. Chapitre 5 : Les principaux moyens d ’accès au médium Les principaux moyensd ’accès au médium Maître - Esclave Anneau à jeton Accès aléatoire

17. Polling Quelque chose à dire ? Rien à déclarer Réponse Ex : Profibus-DP Chapitre 5 : Les principaux moyens d ’accès au médium Maître - Esclave Se situe au niveau de l ’accès au médium Le MAITRE est l ’entité qui accorde l ’accès au medium. L’ESCLAVE est l ’entité qui accède au médium après sollicitation du maître. MAITRE ESCLAVE

18. Adresse 2 Adresse 3 Adresse 1 Ex : Modbus Plus Adresse 4 Chapitre 5 : Les principaux moyens d ’accès au médium Anneau à jeton = Token ring Se situe au niveau de l ’accès au médium Les membres d ’un ANNEAU logique ont l ’autorisation d ’émettre lors de la réception du jeton. Le JETON est un groupe de bits qui est passé d ’un nœud au suivant dans l ’ordre croissant des adresses.

19. Adresse 2 Adresse 3 Adresse 1 Adresse 4 Chapitre 5 : Les principaux moyens d ’accès au médium Accès aléatoire Se situe au niveau de l ’accès au médium Carrier Sense Multiple Access Un ensemble de règles détermine comment les produits sur le réseau réagissent lorsque deux équipements tentent d ’accéder au médium en même temps (collision). Discussion informelle entre individus indisciplinés : Dès qu ’un silence est détecté, celui qui désire parler prend la parole.

20. Ex : Ethernet Ex : CAN Chapitre 5 : Les principaux moyens d ’accès au médium CSMA/CD CSMA/CA CSMA/CD = Carrier Sense Multiple Access Collision Detect: Collision destructive 1 - Détection de la collision 2 - Arrêt de transmission de la trame 3 - Emission d ’une trame de brouillage 4 - Attente d ’un temps aléatoire 5 - Ré-émission de la trame CSMA/CA = Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance : Collision non destructive collision 1 - Détection de la collision non destructive (bits récessifs et dominants) 2 - L ’équipement avec la priorité la plus basse cesse d ’émettre 3 - Fin de transmission de l ’équipement le plus prioritaire 4 - L ’équipement avec la priorité la plus basse peut émettre sa trame

21. Chapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application Les concepts utilisésau niveau application Client - Serveur Producteur - Consommateur Types de traffic Notion de profil

22. Requête Peux tu m ’envoyer la configuration du départ moteur N°3 STP ? Pas de problème, voilà le fichier complet ! CLIENT SERVEUR Réponse Ex : Modbus Chapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application Client - Serveur Se situe au niveau applicatif entre 2 équipements Le CLIENT est une entité demandant un service sur le réseau Le SERVEUR est l’entité qui répond à une demande d ’un client Necessite écriture programme dans l ’automate (requêtes)

23. Je vais rater mon train !!! Il est 18h00 CONSOMMATEUR N°1 Et si j ’allais au cinéma... PRODUCTEUR CONSOMMATEUR N°2 Ex : CANopen DeviceNet Chapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application Producteur - Consommateur Se situe au niveau applicatif entre 1 et plusieurs équipements Le PRODUCTEUR est une entité (unique) qui fournit une information. Le CONSOMMATEUR est une entité qui l ’utilise (plusieurs entités peuvent utiliser la même information).

24. Sur l ’installation Configuration des esclaves : Adresse, vitesse de communication... Déclaration du coupleur maître dans l ’automate Avec SycCon pour CANopen, et Profibus Avec CMD Tool pour Interbus Avec PL7 pour ASi, Ethernet, FIPIO et Modbus Configuration du coupleur maître Avec PL7 et configurateur Sauvegarde et transfert de la configuration dans l ’automate Chapitre 18 : La fonction communication traitée par PL7 Les étapes de mise en œuvre Câblage de l ’installation Par switchs, commutateur rotatif, ou console.Certains produits détectent automatiquement la vitesse et le format de communication PL7 est le logiciel de programmationdes automates Micro et Premium

25. Développement programme applicatif Avec PL7 Test du programme Chapitre 18 : La fonction communication traitée par PL7 Les étapes de mise en œuvre Vérification du fonctionnement de la communication par écran de mise au point

26. Chapitre 18 : La fonction communication traitée par PL7 Les différents types d’échanges L ’ajout dans l ’automate d’un module de communication enrichit l ’application d ’objets pouvant être de 2 types : Objets implicites : Ces variables d ’entrées ou de sorties sont mises à jour automatiquement par l ’UC de l ’automate et le coupleur de communication de façon asynchrone. Objets explicites : Ces variables d ’entrées ou de sorties mises à jour sur demande du programme utilisateur. Il est également possible d ’échanger directementdes données entre l ’application et des équipements distants en utilisant des fonctions de communication (Read_var, Write_var, Send_Req, etc…)

27. Echangescycliquesautomatiques Echangescycliquesautomatiques Asynchronisme Coupleur de communication Processeur automate Bus Infos diagnostic Zone%IMod Equipement 1 Equipement 2 Zone mémoiredes entrées Zone%I ou %IW Equipement n Zone mémoiredes sorties Zone%Q ou %QW Temps de cycle réseau Temps de cycle automate Chapitre 18 : La fonction communication traitée par PL7 Objets implicites

28. Echangesactivés par le coupleur suite à demande prog. Echangesactivés par le programme Coupleur de communication Processeur automate Bus Zone%Mwxy* Equipement 1 READ_STS Paramètres d ’état Equipement 2 Paramètres d ’état WRITE_CMD Paramètres de commande Paramètres de commande Equipement n WRITE_PAR READ_PAR Paramètres de réglage courants SAVE_PAR Paramètres de réglage courants Paramètres de réglage initiaux RESTORE_PAR Chapitre 18 : La fonction communication traitée par PL7 Objets explicites * %Mwxy : Avec x = Numéro Rack - y = Numéro enplacement de coupleur de communication

29. Chapitre 18 : La fonction communication traitée par PL7 Fonctions de communication Echangesactivés par le coupleur suite à demande prog. Echangesactivés par requête* Coupleur de communication Processeur automate Bus Equipement 1 WRITE_VAR Equipement 2 READ_VAR Equipement n SEND_REQ Mémoire tampon Emplacement mémoire interne applicative %MW paramétré dansla requête * %La requête permet de paramétrer à quel équipement on s ’adresse et où sont rangées les données.