Introduction aux réseaux locaux industriels

1. Introduction aux réseaux locaux industriels Quiz H • Etre capable de comparer et positionner les principaux réseaux locaux industriels du marché • Connaître et comprendre la stratégie réseaux de la branche «Industrie» de Schneider Electric Stratégie réseaux branche «Industrie» F Positionnement des principaux réseaux E Les produits d’interconnexion D Les principaux standards et concepts utilisés C Critères à prendre en compte pour communiquer B Réseaux locaux industriels - Pourquoi les utiliser ? A Durée : 45 min. Expert, Pédagogie : Philippe WARIN Réalisation : AMEG

2. POURQUOI LES UTILISER ? Quiz H Stratégie réseaux branche « Industrie » F Positionnement des principaux réseaux E Les produits d’interconnexion D Les principaux standards et concepts utilisés C Critères à prendre en compte pour communiquer B Réseaux locaux industriels - Pourquoi les utiliser ? Réseaux locaux industriels - Pourquoi les utiliser ? A

3. Données numériques 1 0 Liaison série - qu’est-ce qu’un réseau local industriel ?

4. - réduction des coûts d’installation Avec réseau Sans réseau

5. Si perturbation, répétition éventuelle du message, Sans réseau - diminution de la sensibilité aux perturbations électromagnétiques Consigne de vitesse numérique 0 - 32767 Consigne de vitesse analogique 0-10V La valeur reçue n’est pas perturbée La valeur reçue est perturbée Avec réseau

6. Paramétrage d’actions reflex locales Adjonction carte option pour automatisme déporté - répartition possible de l’intelligence

7. Défaut Surcharge moteur Défaut générique - précision du diagnostic en cas de défaut Avec réseau Sans réseau

8. Module HS - remplacement d’équipements défectueux facilité

9. CRITERES A PRENDRE EN COMPTEPOUR COMMUNIQUER Quiz H Stratégie réseaux branche « Industrie » F Positionnement des principaux réseaux E Les produits d’interconnexion D Les principaux standards et concepts utilisés C Critères à prendre en compte pour communiquer Critères à prendre en compte pour communiquer B Réseaux locaux industriels - Pourquoi les utiliser ? A

10. A qui je m’adresse ? Quand puis je parler ? Nombre d’interlocuteurs ? Dois je transmettre l ’information périodiquement ? Monologue ou dialogue ? Peut on me remplacer ? Quelle distance ? Quel moyen utiliser ? Taille maximum des messages ? Tu m’as bien entendu ? Modèle OSI : classification et ordonnancement Quelle langue utiliser ? Est ce urgent ? - pour communiquer...

11. Décomposition en sous ensembles homogènes et ordonnés - le modèle OSI de l ’ISO - le modèle OSI de l ’ISO • Modèle OSI : Open System Interconnection Architecture à 7 couches • ISO : International Standard Organization

12. - description du modèle OSI PROFIL Standardisation des fonctions pour interchangeabilité COUCHE APPLICATION Grammaire - Sémantique 7 COUCHE PRESENTATION Transcodage du format 6 SESSIONLAYER Organisation et synchronisation des échanges 5 COUCHETRANSPORT Contrôle de l ’acheminement de bout en bout 4 COUCHE RESEAU Routage des données 3 Contrôle de la liaison COUCHELIAISON 2 Gestion de l’accès au médium COUCHE PHISIQUE 1 Le hardware

13. - critères concernant les réseaux locaux industriels PROFIL Interchangeabilité : fichiers EDS, GSD ? Langage : Modbus, FMS ? 7 COUCHE APPLICATION Données de process : Client-serveur, producteur-consommateur contenu, périodicité ? Données de service : Variables accessibles, taille max ? Accès au médium: maître-esclave, anneau à jeton, accès aléatoire ? Adressage : adresse 1, 5, diffusion générale ? 2 COUCHE LIAISON Contrôle transmission : contrôle de parité, CRC, délimiteurs ? Gestion de flux : NACK, XON-XOFF, inhibit time ? 1 COUCHE PHYSIQUE Médium: paire torsadée, câble coaxial, fibre optique par exemple Topologie : bus, étoile, arbre, maillée ? Nombre max. d’équipements : 2, 31, 64, 128 ? Distance max. d’équipements : 100m, 1 Km, 15 km ?

14. LES PRINCIPAUX STANDARDS ET CONCEPTS Quiz H Stratégie réseaux branche « Industrie » F Positionnement des principaux réseaux E Les produits d’interconnexion D Les principaux standards et concepts utilisés Les principaux standards et concepts utilisés C Critères à prendre en compte pour communiquer B Réseaux locaux industriels - Pourquoi les utiliser ? A

15. COUCHE 1 : PHYSIQUE Les principaux supports utilisés Quelques standards paires torsadées : RS232, RS422, RS485 Les différentes topologies

16. Faible Coût Elevé Couche 1 physique - les principaux supports utilisés • Le choix du support de transmission ou MEDIUMS influent sur : • vitesse • distance • immunité électromagnétique • Médiums les plus utilisés : • paire(s) de fils torsadées blindées • câble coaxial • fibre optique :

17. Couche 1 physique - quelques standards paires torsadées • RS232 : • Liaison point à point par connecteur SUB-D 25 ou SUB-D 9 • Distance < 15 mètres, débit < 20 kbits/sec. • RS422 : • Bus multipoints full duplex (bi directionnel simultané) sur 4 fils. • Bonne immunité aux parasites, distance maxi 1000 mètres à 100 kbits/sec. • 2 fils en émission, 2 fils en réception • RS485 : • Bus multipoints half duplex (bi directionnel alterné) sur 2 fils. • Mêmes caractéristiques électriques que RS422A mais sur 2 fils.

18. Chaînage Dérivation Résistances fin de ligne Couche 1 physique - les différentes topologies POINT A POINT ANNEAU Exemple : Utilisé par Interbus Exemple : Liaison PC-Prise console automate ETOILE MAILLEE Exemple : Réseau Internet par l’intermédiaire de routeurs Exemple : Connexions PCs Ethernet sur HUB ARBRE BUS Exemple : Réseau Intranet par l’intermédiaire de hubs et switchs Exemple : CANopen, DeviceNet, Profibus-DP, FIPIO, Modbus RS485

19. Transparent pour l’utilisateur à l’exception de l’adressage COUCHE 2 : LIAISON Les principaux mécanisme d’accès au médium Maître - Esclave Anneau à jeton ou Token-Ring Accès aléatoire L’adressage Contrôle de la qualité de transmission Contrôle de parité au niveau caractère Contrôle de validité de message par mot de contrôle Contrôle format de message par délimiteurs La gestion de flux

20. Maître-Esclave Anneau à jeton = Token Ring Accès aléatoire Collision destructive : CSMA-CD Couche 2 liaison - l’accès au médium Quand puis je parler ? Quand le maître me donne la parole A tour de rôle Dès que personne ne parle Collision non destructive : CSMA-CA

21. Le maître accorde l’accès au médium Polling Quelque chose à dire ? Utilisé par Asi, FIPIO, Modbus, Profibus-DP et Uni-Telway Rien à déclarer ! Possible sur CANopen et DeviceNet (par configuration) Réponse Couche 2 liaison - le système Maître - Esclave • L’esclave accède au médium après sollicitation du maître Maître Esclave

22. Anneau : les membres d’un anneau ont l’autorisation d’émettre lors de la réception du jeton. Utilisé par Modbus Plus Couche 2 liaison - anneau à jeton = Token-Ring • Jeton : groupe de bits passé de nœud en nœud dans l’ordre croissant des adresses. Adresse 2 Adresse 1 Adresse 3 Adresse 4

23. Emission possible dès qu ’un silence est détecté. Couche 2 liaison - accès aléatoire • Chaque équipement « écoute » en même temps qu’il émet. • Si ce qui est reçu est différent de ce qui est émis, il y a collision • 2 types de collision : destructives non destructives

24. Fonctionnement pas à pas en cas de cas de collision : arrêt de l’émission des messages en cours émission d’une trame de brouillage : la trame est perdue attente temps aléatoire tentative de réémission Stop Principe utilisé par Ethernet sous l’appellation CSMA-CD CSMA-CD = Carrier Sense Multiple Access - Collision Detection Couche 2 liaison - accès aléatoire avec collisions destructives

25. Le message reste valide grâce à un système de bits dominants et récessifs arrêt de l’émission de l’équipement le moins prioritaire (bit recessif) fin de transmission de l’équipement le plus prioritaire l’équipement le moins prioritaire tente de réemettre son message dès que le médium est libre Dominant Récessif Stop Principe utilisé par CANopen et DeviceNet sous l’appellation CSMA-CA CSMA-CA = Carrier Sense Multiple Access - Collision Avoidance Couche 2 liaison - accès aléatoire avec collisions non destructives

26. Interface Advantys FTB x10 x1 Adresse 77 Couche 2 liaison - l’adressage A qui je m’adresse ? Lucie Fabien Un groupe

27. Utilisation de valeurs d ’adresses réservées : 0, 255. Non configurables sur les produits Couche 2 liaison - exemple d’adressage Exemple avec trame Modbus EOF SOF Adresse Fonction Data Checksum Adresse = 77 Si message destiné à l ’ensemble des produits : Diffusion générale ou Broadcasting

28. Poste de soudure Contrôle de parité niveau caractère Vérification validité du message par mot de contrôle Contrôle format message par délimiteurs Couche 2 liaison - contrôle de la qualité de transmission Tu m’as bien entendu ? Bien compris ! Je n’ai pas entendu la fin de la phrase

29. Adresse Start Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Parité Start Adresse = 77 comprend 4 bits à 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 Parité 1 1 0 Parité paire Parité impaire Nombre pair de bits à 1 Nombre impair de bits à 1 Couche 2 liaison - contrôle de parité au niveau caractère Exemple avec trame Modbus SOF Adresse Fonction Data Mot de contrôle EOF

30. Champ contenant une valeur calculée à partir d’un bloc de bits et permettant de réaliser un test de validité sur l’ensemble d’un message. Exemples : Checksum CRC = Cyclic Redundancy Check LRC = Longitudinal Redundancy Check Couche 2 liaison - contrôle de validité du message par mot de contrôle Exemple avec trame Modbus SOF Adresse Fonction Data Mot de contrôle EOF

31. Informations standardisées insérées dans chaque message pour délimiter différents champs : début, fin, etc… Contrôles supplémentaires de la qualité de la transmission Couche 2 liaison - contrôle format de message par délimiteurs Exemple avec trame Modbus SOF Adresse Fonction Data Checksum EOF

32. NACK = Non acquitté XON-XOFF Inhibit Time Couche 2 liaison - gestion de flux Attends laisse moi finir !!!

33. COUCHE 7 : APPLICATION Couche 7 application Messagerie Le système Client-Serveur Le système Producteur-Consommateur Les types de données Données de process Données de service Les types de traffic Echanges cycliques Echanges acycliques

34. Systèmes de messagerie : Modbus UNI-TE FMS Messagerie : Client - Serveur Couche 7 application - messagerie Quelle langue utiliser ? Le français ? L’anglais ? L’italien ?

35. Le CLIENT est une entité demandant un service Requête Peux tu passer en marche arrière ? Requête Pouvez vous apporter l ’addition ? C ’est fait ! Réponse Tout de suite Madame ! Utilisé par Modbus, UNI-TE, FMS... Requête Réponse 1000 tour/mn A quelle vitesse le moteur tourne t’il ? Réponse Couche 7 application - le système Client - Serveur Le SERVEUR est l’entité qui répond à une demande d ’un client Serveur Client(e)

36. Le PRODUCTEUR est une entité (unique) qui fournit une information Et si j’allais au cinéma... J’ajuste ma vitesse à 1200 tr/mn Vitesse = 1200 tr/mn Il est 13h51mn C’est l’heure de mon match... J’affiche la vitesse Consommateur 1 Consommateur 1 Producteur Producteur Consommateur 2 Consommateur 2 Utilisé par CANopen et DeviceNet Couche 7 application - le système Producteur - Consommateur Le CONSOMMATEURest une entité qui l’utilise (plusieurs entités peuvent utiliser la même information).

37. Faible volume de données Volume de données important Transmises au démarrage ou en cas de problème Sans contrainte de temps Rafraîchies rapidement de façon périodique ou sur changement d’état Couche 7 application - les types de données Données de process Données de service Contrôle - Commande Configuration - Réglage - Diagnostic

38. Au démarrage transmission automatique des données de configuration et de réglage Rafraîchies automatiquement 2 tables de mots : entrées et sorties En cas de besoin activation par programmation pour données de réglage ou de diagnostic Couche 7 application - les types de traffic Echanges cycliques Echanges acycliques Utilisées pour données de process Utilisées pour données de service

39. PROFIL Système ouvert Profil Profil Fichiers EDS

40. Un système ouvert= constituants interopérables et interchangeables Atteinte par le strictrespect des spécifications du protocole. Atteinte par le strictrespect de profils. Profil - système ouvert Interopérabilité=faculté de communiquer de manière intelligible entre équipements Interchangeabilité= faculté de pouvoir remplacer un équipement par un autre

41. Profil = moyen standardisé de décrire les fonctionnalités d ’un produit Se matérialise par un fichier EDS Profil - profil d’équipement Peux tu me remplacer ? Brune, yeux marrons, 25 ans 1,70 m 59 kg Blonde, yeux bleus, 15 ans 1,60 m 50 kg Brun, yeux verts 8 ans 1,35 m 30 kg

42. Configuration Data EDS = Electronic Data Sheet ---> Syntaxe stricte Applications Objects Network Sur disquette - CD-ROM - Téléchargeable Configuration Tool Device Utilisé par logiciels de configuration réseau Electronic Data Sheet Device information Pour Profibus-DP : EDS = GSD Profil - fichier EDS

43. LES PRODUITS D’INTERCONNEXION Quiz H Stratégie réseaux branche « Industrie » F Positionnement des principaux réseaux E Les produits d’interconnexion Les produits d’interconnexion D Les principaux standards et concepts utilisés C Critères à prendre en compte pour communiquer B Réseaux locaux industriels - Pourquoi les utiliser ? A

44. Longueur - Nombre équipements Couche 1 physique Couche 2 liaison Couche 3 réseau Couche 7 application Adaptation support physique Longueur - Nombre équipements - Collisions Adaptation couches basses Connexion entre réseaux de même type Connexion entre réseaux de type différents - pour améliorer ou adapter les caractéristiques d’un réseau Répéteur = Repeater Concentrateur = hub Convertisseur = transceiver Switch Pont = Bridge Routeur = Router Passerelle = Gateway

45. Exemple : Répéteur ASi Rérérence : XZMA1 Connexion sur câble plat par prise vampire - répéteur = repeater Répéteur = Repeater Augmentation longueur et nombre d’équipements raccordables par ajout d’un nouveau segment Amplificateur de signal 1 1 Segment 1 Segment 2

46. Exemple : Hub Ethernet 10 Mbits/s - 4 ports RJ45 Rérérence : 499NEH10410 4 x 10baseT - concentrateur = Hub Concentrateur = Hub Augmentation longueur et nombre d’équipements par ajout de plusieurs segments. 1 équipement par segment. Topologie en étoile. Il amplifie un signal reçu sur un port vers tous les autres ports 1 1 1 1

47. Exemple : Transceiver Ethernet 100 Mbits/s paires torsadées - fibre optique Rérérence : 499NTR10100 Conversion 100baseTX (RJ45) - 100baseFX (SC) - convertisseur = transceiver Convertisseur = Transceiver Adaptation de supports physiques de nature différente. Convertisseur de signaux. 1 1 Segment 1 Segment 2

48. Exemple : Swith Ethernet 10/100 Mbits/s 8 ports Rérérence : 499NES18100 8 x 10baseT / 100baseTX (RJ45) - switch Switch Augmentation longueur et nombre d’équipements par ajout de plusieurs segments. Topologie en étoile. Sur réception d ’un message, analyse l’adresse du destinataire et transmet sur le port correspondant. 2 2 2 2 1 1 1 1

49. Exemple : Bridge Ethernet TCP-IP Modbus / Modbus liaison série Rérérence : 174CEV30010 Interface Ethernet : 1 x 10baseT = RJ45 Interface Modbus : RS232 ou RS485 sur RJ45 ou bornes à vis - pont = bridge Pont = Bridge 2 2 Permet de relier 2 réseaux utilisant la même couche application mais des couches basses différentes 1 1 Réseau 1 Réseau 2

50. Exemple : Routeur Ethernet d’Allied Data - routeur = router Routeur = Router Permet de router des informations entre réseaux utilisant la même couche application Principalement utilisé par Internet par l’intermédiaire d’adresses IP 3 3 2 2 1 1 Réseau 1 Réseau 2