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Introduction aux réseaux de communication industriels

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Présentation au sujet: "Introduction aux réseaux de communication industriels"— Transcription de la présentation:

1 Introduction aux réseaux de 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 réseaux de communication industriels
Chapitre 8 : ASi Chapitre 9 : CANopen Chapitre 10 : Ethernet - TCP/IP - Modbus Chapitre 12 : FIPIO

3 Introduction aux réseaux de communication industriels
Chapitre 15 : Modbus Chapitre 16 : Tableau comparatif des principaux réseaux Chapitre 17 : La fonction communication traitée par PL7

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

5 Les techniques de transmission
Les informations peuvent être transmises sous forme analogique : évolution continue de la valeur Ou sous forme numérique : évolution discontinue de la valeur (échantillonnage) 1 Notes :

6 Les types de transmission
Transmission simplex : mono-directionnel Transmission half duplex : bi-directionnel alterné Notes : Transmission full duplex : bi-directionnel simultané

7 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. Notes :

8 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. Notes :

9 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. Notes :

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

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

12 Stratégie réseau de la branche Industrie de Schneider
Core Networks : Ethernet TCP / IP & Modbus Aux niveaux 2 et 3 : système d’information et contrôle (inter- automates) à étendre au niveau bus de terrain (niveau 1) CANopen Comme bus interne d’équipements et de panneaux (ex : Automation Island) .ASi Pour la connexion des capteurs actionneurs (niveau 0) Modbus RS 485 Quand Ethernet ne convient pas (prix, topologie ...) Notes :

13 Stratégie réseau de la branche Industrie de Schneider
Legacy Networks ..FIPIO, Modbus Plus, Uni-Telway, Seriplex Connectivity Networks Approche pragmatique quand le marché impose sa solution .DeviceNet (Allen-Bradley) - Profibus (Siemens) - Interbus (Phoenix) ... Notes :

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

15 Exemples de trames respectant le modèle ISO
Trame Modbus RTU Demande de lecture des mots numéro W5 et W6 de l’esclave adresse 7 Code fonction = 3 1 Octets 2 Numéro du 1er mot = 5 Nombtre de mots à lire = 2 Adr. esclave = 7 CRC 16 46 à 1500 Préambule AD. Destin. Ad. Source Couches application Contrôle FCS 8 Octets 6 2 4 LLC IP TCP 20 FTP, HTTP , SMTP Modbus etc... Trame Ethernet TCP-IP Notes :

16 Les supports physiques
Les principaux supports utilisés Quelques standards électriques en paire torsadée Les différentes topologies Notes :

17 Les principaux supports utilisés
vitesse distance immunité électro-magnétique Les supports de transmission ou MEDIUMS influent sur : Mediums les plus utilisés : Coût du médium Faible Important 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 electriques et se prête aux transmissions à grande vitesse Notes : La fibre optique . 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.

18 Quelques standards paire torsadée
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. Notes :

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

20 Les principaux moyens d’accès au médium
Maître - Esclave Anneau à jeton Accès aléatoire Notes :

21 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. Polling Quelque chose à dire ? Réponse Rien à déclarer Notes : MAITRE ESCLAVE Ex : Profibus-DP

22 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. Adresse 1 Adresse 2 Adresse 3 Adresse 4 Notes : Ex : Modbus Plus

23 Accès aléatoire Carrier Sense Multiple Access
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. Adresse 1 Adresse 2 Adresse 3 Adresse 4 Notes :

24 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 Ex : Ethernet CSMA/CA = Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance : Collision non destructive 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 Notes : Ex : CAN

25 Les concepts utilisés au niveau application
Client - Serveur Producteur - Consommateur Types de traffic Notion de profil Notes :

26 Peux tu m’envoyer la configuration voilà le fichier complet !
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 Requête Peux tu m’envoyer la configuration du départ moteur N°3 STP ? SERVEUR CLIENT Réponse Pas de problème, voilà le fichier complet ! Notes : Necessite écriture programme dans l’automate (requêtes) Ex : Modbus

27 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). PRODUCTEUR Il est 18h00 CONSOMMATEUR N°1 Je vais rater mon train !!! CONSOMMATEUR N°2 Et si j’allais au cinéma... Notes : Ex : CANopen DeviceNet

28 Types de traffic Variables cycliques : Variable acycliques :
Ce sont des informations rafraîchis périodiquement à une cadence prédéfinie. Ce sont des informations de process. Quelques informations rafraîchies rapidement. Variable acycliques : Ce sont des informations rafraîchis suite à une requête ou à un événement. Elles sont utilisées à la mise sous tension pour la configuration et le réglage, ou en cas de défaut pour le diagnostic. Beaucoup d’informations sans contrainte de temps. Notes :

29 Système ouvert Un système ouvert est constitué de constituants interopérables et interchangeables L’interopérabilité est la faculté de communiquer de manière intelligible avec d’autres équipements. Elle est atteinte par le strict respect des spécifications du protocole. L’interchangeabilité est la faculté de pouvoir remplacer un équipement par un autre (provenant éventuellement d’un autre constructeur). Elle est atteinte par le respect des spécifications de profils. Notes : Chaque constructeur conserve la possibilité de définir s’il le désire des fonctionnalités qui lui sont propres en dehors du profil minimal ou noyau.

30 Notion de profil Un profil est un moyen standardisé de décrire les fonctionnalités garantissant l’interchangeabilité de constituants. Cette description respecte une syntaxe stricte. Les informations sont regroupées par fonctionnalités : identification : nom du produit, référence, version, famille, fabriquant caractéristiques relatives à la communication : débits supportés, type et taille de messages échangés... caractéristiques relatives au métier : variables accessibles en écriture, en lecture, lecture, a l’arrêt, en marche etc... La plupart des profils se matérialisent par fichier électronique : fichier EDS, fichier GSD… livré sur disquette ou CD-ROM avec le produit. Ce fichier permet de connaître « off line » les caractéristiques de l’équipement. Notes :

31 Extrait du fichier EDS CANopen TEGO Power Quickfit
[FileInfo] CreatedBy=Martin Rostan ModifiedBy=Martin Rostan Description=EDS for Tego Power CANopen CreationTime=10:05PM CreationDate= ModificationTime=10:35PM ModificationDate= FileName=F:\Produkte\Tego Power\APP1CCO0 FileVersion=1 FileRevision=1 EDSVersion=4 [DeviceInfo] VendorName=Schneider Electric SA (France) VendorNumber=90 ProductName=APP-1CCO0 ProductNumber=1 RevisionNumber=1 OrderCode=APP-1CCO0 BaudRate_10=0 BaudRate_20=0 BaudRate_50=0 BaudRate_125=1 BaudRate_250=1 BaudRate_500=1 BaudRate_800=0 BaudRate_1000=1 [MandatoryObjects] SupportedObjects=2 1=0x1000 2=0x1001 [1000] ParameterName=Device Type ObjectType=0x7 DataType=0x0007 AccessType=ro DefaultValue=0x30191 PDOMapping=0 Notes :

32 Les produits d'interconnexion
Répéteur = Repeater Concentrateur = hub Switch Convertisseur = transceiver Pont = Bridge Routeur = Router Passerelle = Gateway Notes :

33 Répéteur - Hub - Switch 1 1 1 Notes :
Répéteur = Repeater Permet l’extension d’un réseau par segments Il amplifie et rétablit le même type de signal 1 1 Exemple = répéteur RS485 Segment 1 Segment 2 Concentrateur = Hub 1 Permet l’extension d’un réseau en étoile Il amplifie et rétablit le même type de signal sur tous les ports Exemple = Hub Ethernet (Ne diminue pas le nombre de collisions) Switch 1 Permet l’extension d’un réseau en étoile Il amplifie et rétablit le même type de signal sur un seul port. Exemple = Switch Ethernet (Permet de diminuer le nombre de collisions) Notes :

34 Transceiver - Bridge 1 2 2 1 1 Notes :
Convertisseur = Transceiver Permet l’extension d’un réseau par segments de nature différentes. Exemple = convertisseur RS232/RS485 1 Segment 2 Segment 1 Permet de relier 2 réseaux utilisant le même protocole mais des couches basses différentes Pont = Bridge 2 2 1 1 Notes : Réseau 1 Réseau 2 Exemple = Bridge Modbus RS485 / Ethernet TCP-IP

35 Routeur - Passerelle 3 2 1 7 Notes : 2
Routeur = Router Permet de relier 2 réseaux de même nature. Exemple = Routeur Ethernet TCP-IP 2 Réseau 2 Réseau 1 3 1 Passerelle = Gateway Permet de relier 2 réseaux de nature différente Exemple = Passerelle FIPIO / Modbus 2 Réseau 2 Réseau 1 7 1 Notes :

36 ASi Historique ASi et le modèle ISO La couche physique
La couche liaison La couche application Les profils Points forts - points faibles Notes :

37 Historique 1990 : 11 sociétés et 2 universités majoritairement allemandes créent le consortium ASi afin de définir une interface « low cost » pour raccorder des capteurs et actionneurs 1992 : Premiers chips disponibles Création de l’association ASi internationale : basée en Allemagne. Schneider entre dans l’association. 1995 : Création d’associations nationales de promotion (France, Pays Bas, UK) Notes : 2001 : Spécifications ASi V2 : 62 esclaves, support de produits analogiques, diagnostic amélioré. Intégration de produits de sécurité : « Safety at work »

38 Client / Serveur via requêtes Alimentation et communication
ASi et le modèle ISO Interfaces E/S TOR génériques Capteurs TOR Départ moteurs E/S analogiques etc... 3 couches utilisées + des profils 7 APPLICATION Client / Serveur via requêtes 6 PRESENTATION VIDE 5 SESSION VIDE 4 TRANSPORT VIDE 3 RESEAU VIDE Notes : 2 LIAISON = LLC + MAC Maître / esclave 1 PHYSIQUE Alimentation et communication sur le même support

39 La couche physique Medium : Câble plat jaune 2 fils avec detrompage Possibilité utilisation câble rond non blindé Topologie : Libre Pas de fin de lignes Distance maximum : 100 m sans répéteur 500 m avec répéteurs (2 répéteurs max entre le maître et l’esclave le plus éloigné) Débit : Kbits/s 1 transaction (data exchange) dure 150 micro-sec. Temps de cycle = 5 ms pour 31 esclaves 10 ms pour 62 esclaves Nbre max équipements : ASi V1 : 1 maître + 31 esclaves ASi V2 : 1 maître + 62 esclaves A/B Notes :

40 Les types de raccordement
4 types de raccordement définis dans la charte ASi Schneider IP20 IP65 ASI- ASI+ Connecteur debrochable jaune 2 points Prise vampire Bornier à vis ou à ressort ASI+ ASI- 5 2 3 4 1 Prise M12 (mâle sur produit) Notes :

41 Exemple d’architecture
Alimentation double Asi-24 V Quantum Premium Bus ASi (câble jaune) Micro Répartiteur passif Alimentation 24 V (câble noir) SEGMENT 1 Répartiteur actif Répéteur Conversion câble plat - câble rond Alimentation ASi Notes : SEGMENT 2 Boîte à boutons Départ-moteur coffret

42 La couche liaison Méthode d’accès au médium : Maître / Esclave
Taille maxi des données utiles : 4 bits de sorties pour une requête (3 bits pour en ASi V2 pour les esclaves A/B) 4 bits d’entrées pour une réponse Sécurité de transmission : Nombreux contrôles aux niveaux bits et trames Délimiteur start bit, alternance des pulses, longueur pause entre 2 bits, parité en fin de trame, délimiteur end bit, longueur de la trame Notes :

43 La couche application Une douzaine de requêtes standardisées pour :
1 . Administration du réseau : adressage, identification, paramétrage, reset. 2 . Echanges cyclique des entrées - sorties : Data exchanges 4 bits de sorties maximum les esclaves standards, 3 pour les esclaves A/B 4 bits d’entrées maximum pour tous les esclaves Temps de cycle : 5 ms max pour 31 esclaves, 10 ms pour 62 3 . Surveillance cyclique du réseau : Read Status Remontée des défauts périphériques des esclaves ASi V2 Temps de cycle : 155 ms pour 31 esclaves, 310 ms pour 62 esclaves 4 . Transmission des données de paramétrage : Write Parameter Par programmation requête Write Parameter 155 ms maximum pour 31 esclaves, 310 ms pour 62 Notes :

44 Les profils Pour garantir l’interchangeabilité des produits, chaque esclave ASi est identifié et défini par un profil figé gravé dans le silicium (Read only). Le profil des esclaves ASi V1 est défini par 2 digits hexa-décimaux. Le profil des esclaves ASi V2 est défini par 4 digits hexa-décimaux. Notes :

45 Les profils ASi V1 : 2 digits Profil = IO_code . ID_code
IO_code = indique le nombre d’entrées et sorties de l’équipement (0 to F) ID_code = indique le type d’équipement (0 to F) ASi V2 : 4 digits Profil = IO_code . ID_code . ID1_code . ID2_code IO_code = indique le nombre d’entrées et sorties de l’équipement (0 to F) ID_code = indique le type d’équipement (0 to F) ID1_code = utilisé pour la personnalisation client du produit (0 to F) ID2_code = indique le sous type du produit (0 to F) Notes :

46 Points forts - points faibles
Temps de cycle rapide et déterministe Facilité de câblage Simplicité d’utilisation car très bien intégré dans PL7 Evolution de l’architecture aisée Points faibles Quelques bits échangés Nombre d’esclaves maximum Longueur du bus : 100 m Notes :

47 CANopen Historique CANopen et le modèle ISO La couche physique
La couche liaison La couche application Les profils Points forts - points faibles Notes :

48 Historique : Création de CAN à l’initiative de l’équipementier allemand BOSCH pour répondre à un besoin de l’industrie automobile. CAN ne définit qu’une partie des couches 1 et 2 du modèle ISO. : Prix des drivers et micro-contrôleurs intégrant CAN très attractifs car gros volume consommé par l’automobile 1991 : Naissance du CIA = CAN in Automation : pour promouvoir les applications industrielles Notes :

49 Historique 1993 : Publication par le CiA des spécifications CAL = CAN Application Layer qui décrit des mécanismes de transmission sans préciser quand et comment les utiliser. 1995 : Publication par le CiA du profil de communication DS-301 : CANopen 2001 : Publication par le CIA de la DS-304 permettant d’intégrer des composants de sécurité de niveau 4 sur un bus CANopen standard (CANsafe). Notes :

50 CANopen et le modèle ISO
Device Profile CiA DSP-401 I/O modules Device Profile CiA DSP-402 Drives Device Profile CiA DSP-404 Measuring devices Device Profile CiA DSP-4xx CANopen s’appuie sur CAL 7 APPLICATION CiA DS-301 = Communication profile CAL= CAN Application Layer 6 PRESENTATION VIDE 5 SESSION VIDE 4 TRANSPORT VIDE 3 RESEAU VIDE Notes : 2 LIAISON = LLC + MAC CAN 2.0 A et B + ISO 11898 1 PHYSIQUE CAN 2.0 A et B = ISO et 2 ISO DS-102

51 La couche physique Medium : Paire torsadée blindée 2 ou 4 fils (si alimentation) Topologie : Type bus Avec dérivations courtes et résistance fin de ligne 120 ohms Distance maximum : 1000 m Débit : 9 débits possibles de 1Mbits/s à 10 Kbit/s Fonction de la longueur du bus et de la nature du câble : 25 m à 1 Mbits/s, 1000 m à 10Kbits/s Nbre équipements : 128 1 maître et 127 esclaves Notes :

52 La connectique Le CiA fournit dans sa recommandation DR une liste de connecteurs utilisables classée en 3 catégories avec la description de leur brochage. SUB D 9 points DIN 41652 RJ45 Notes : Open style 5-pins Micro-Style = M12 ANSI/B93.55M-1981 Mâle coté produit

53 Exemple d’architecture
Premium TEGO POWER TEGO POWER ATV58 ATV58 Résistance fin de ligne Résistance fin de ligne (120 ) FTB1CN FTB1CN Notes : Résistance fin de ligne

54 La couche liaison Méthode d’accès au médium : CSMA/CA
Chaque équipement peut émettre dès que le bus est libre. Un principe de bits dominants ou récessifs permet lors d’une collision un arbitrage bit à bit non destructif. La priorité d’un message est donné par la valeur de l’identifieur : l’identifieur de valeur la plus faible est prioritaire. Modèle de communication : Producteur / Consommateur Un identifieur codé sur 11 bits et situé en début de message renseigne les récepteurs sur la nature des données contenues dans chaque message, chaque récepteur décide de consommer ou non les données. Ce concept autorise de multiples modèles de communication : Emission sur changement d’état, cyclique, ou signal SYNC, système Maître_esclave. Notes :

55 La couche liaison Taille maxi des données utiles : 8 octets par trame
Sécurité de transmission : Parmi les meilleurs sur les réseaux locaux industriels De nombreux dispositifs de signalisation et de détections d’erreurs permettent de garantir une grande sécurité de transmission. Notes :

56 La couche application 4 types de services standardisés : Notes :
1 . Administration du réseau : paramétrage, démarrage, surveillance (maître-esclaves) 2 . Transmission de données de process de faible taille (<= 8octets) en temps réel : PDO = Process Data Object (producteur-consommateur) Les PDO peuvent être transmis sur changement d’état, cycliquement, sur réception du message SYNC, ou demande du maître. 3 . Transmission de données de paramétrage de grande taille (> 8 octets) par segmentation sans contrainte de temps : SDO = Service Data Object (client-serveur) 4 . Messages prédéfinis pour gérer les synchronisation (SYNC), références temporelles, erreurs fatales : SFO = Special Function Object Notes :

57 La couche application L’allocation des identifieurs sur CANopen est basée sur un partage de l’identifieur en 2 parties : Function code permet le codage de 2 PDO en réception, 2 PDO en émission, 1 SDO, 1 EMCY object, 1 Node Guardind Identifier, 1 SYNC object, 1 Time Stamp obect, et 1 node guarding. Node ID correspond à l’adresse du produit codée par exemple par des DIP switchs. 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Function Code Node ID Notes :

58 La couche application Notes :

59 Les profils Les profils CANopen sont basés sur le concept de dictionnaire d’objet : Device Object Dictionnary (OD). Le CANopen Object Dictionary est un groupement ordonné d’objets accessibles par un index de 16 bits et éventuellement un sub-index sur 8 bits. Chaque nœud du réseau a un OD qui est matérialisé par un fichier EDS : Electronic Data Sheet de type ASCII (spécification DSP 306). Ce dictionnaire contient tous les éléments décrivant le nœud ainsi que son comportement sur le réseau. Notes :

60 Structure du dictionnaire d’objet
Les profils Structure du dictionnaire d’objet Notes :

61 Les profils CANopen définit 2 types de profiles :
Le profil de communication DS-301 : Décrit la structure générale de l’OD, et des objets se trouvant dans la zone « Communication profile area ». Il s’applique à tous les produits CANopen. Les profils équipements DSP-4xx : Décrit pour les differents types de produit (modules E/S TOR, drives, appareil de mesures) les différents objets standards associés. Certains objets sont obligatoires, d’autres optionnels, certains sont accessibles en lecture, d’autres en lecture et écriture. Notes :

62 Points forts - points faibles
Coût du point de connexion Grand choix de drivers Robustesse dans environnement perturbés Protocole ouvert Points faibles Longueur du bus à 1 Mbit/s = 25 m Niveau d’intégration dans PL7 Offre Schneider actuelle Non déterministe Notes :

63 Ethernet TCP/IP Modbus
Historique Ethernet TCP/IP Modbus et le modèle ISO La couche physique La couche liaison La couche application Les profils Points forts - points faibles Notes :

64 Historique TCP - IP Ethernet Modbus
Le DoD finance un projet sur la ''commutation de paquets'’ Concrétisation par le réseau ARPANET (IBM ) Démarrage d’ INTERNET: Les protocoles TCP /IP ont leur formes actuelles TCP/IP devient le standard des réseaux longues distances Taux de croissance de 15% Taux de croissance de 60 % 1960 1970 1975 1980 1982 1983 1985 1987 1996 1999 Version expérimentale d’ Ethernet définis par XEROX Principes d’Ethernet définis par XEROX Première spécification d’Ethernet par XEROX, DEC et INTEL Version 2 des spécifications d’Ethernet Normalisation IEEE des réseaux CSMA/CD Notes : Modbus Schneider Transparent factory

65 Ethernet TCP/IP Modbus et le modèle OSI
Ethernet ne couvre que les 2 premières couches du modèle OSI PRESENTATION SESSION TRANSPORT RESEAU LIAISON = LLC + MAC 7 6 5 4 3 2 APPLICATION NETWORK LINK = LLC + MAC PHYSICAL 1 VIDE CAN 2.0 A et B + ISO 11898 CAN 2.0 A et B = ISO et 2 Modbus CSMA/CD Ethernet V2 ou 802.3 HTTP FTP BootP DHCP --- TCP IP Notes :

66 La couche physique Distance maximum : Fonction du médium et du débit
Topologie : Libre Bus, étoile, arbre, ou anneau Distance maximum : Fonction du médium et du débit Minimum : 200 m en 100 base TX Maximum : m en 10 base F Débit : Mbits/s Mbits/s - 1 Gbits/s Gbits/s utilisé en bureautique Nbre max équipements : Fonction du médium Minimum : 30 par segment sur 10 base 2 Maximum : 1024 sur 10 base T ou 10 base F Notes :

67 Supports de transmission
Ethernet est disponible sur trois types de médium : Notes :

68 Utilise la connectique RJ45
La paire torsadée De plus en plus utilisée même en 100 Mbps UTP - Paires isolées de fils de cuivre réunis en torsade. Multiples paires à codage couleur, enrobées dans une chemise en plastique Plus rapide que le câble coaxial STP - Paires indissociables enveloppées dans un blindage avec feuille d’alu Catégorie 5 (Cat 5) - La plus courante dans les réseaux informatiques Cat 5 = 100 Mbps (en cours de spécification) Cat 3 = 10 Mbps Utilise la connectique RJ45 Les progrès réalisés permettent aujourd’hui d’envisager l’utilisation de la paire torsadée jusqu'à 100 Mbit/s . Elle est la solution la plus économique et qui fait l’objet d’études poussées pour la généraliser. On distingue les paires torsadées blindées ( STP Shielded Twisted Pair) les paires torsadées écrantées ou non blindées (UTP Unshielded Twisted Pair) UTP (Unshielded Twisted Pair - paire torsadée non blindée ) - La Cat 3 est utilisée dans les réseaux 10BaseT. Les réseaux 10baseT peuvent fonctionner à des vitesses atteignant 10 Mbps. La Cat 5 est utilisée dans les réseaux 100baseT et a une vitesse maximum de 100 Mbps. Paire torsadée blindée (STP) - Le blindage en aluminium le rend moins susceptible aux EMI que la paire torsadée non blindée (UTP). Ce câble est beaucoup moins utilisé que le câble UTP et on le trouve généralement dans les réseaux en anneau à jeton.

69 La fibre optique La fibre optique est appréciée pour son aspect sécuritaire (absence de courants électriques), son faible encombrement et son immunité aux bruits et aux interférences électromagnétiques. Elles permettent d’avoir des plus grandes longueurs de segment (max 2 km) Servent souvent d’artères Comprend trois parties : Coeur - Support du trajet de la lumière verre ou plastique Gaine - Tube en verre qui ramène par réflexion toute lumière parasite dans le coeur Revêtement protecteur - Protège le cœur et la gaine optique La fibre multimode est la plus utilisée car moins couteuse, et plus facile à mettre en œuvre. Les progrès réalisés permettent aujourd’hui d’envisager l’utilisation de la paire torsadée jusqu'à 100 Mbit/s . Elle est la solution la plus économique et qui fait l’objet d’études poussées pour la généraliser. On distingue les paires torsadées blindées ( STP Shielded Twisted Pair) les paires torsadées écrantées ou non blindées (UTP Unshielded Twisted Pair) UTP (Unshielded Twisted Pair - paire torsadée non blindée ) - La Cat 3 est utilisée dans les réseaux 10BaseT. Les réseaux 10baseT peuvent fonctionner à des vitesses atteignant 10 Mbps. La Cat 5 est utilisée dans les réseaux 100baseT et a une vitesse maximum de 100 Mbps. Paire torsadée blindée (STP) - Le blindage en aluminium le rend moins susceptible aux EMI que la paire torsadée non blindée (UTP). Ce câble est beaucoup moins utilisé que le câble UTP et on le trouve généralement dans les réseaux en anneau à jeton.

70 Exemple d’architecture
Quantum Momentum Magelis Altivar 58 Altistart 48 Altivar 38 Anneau optique redondant 200 M bits/s Full-duplex Switch Premium Boucle optique Hub Transceiver Fibre optique Notes :

71 Couches liaison réseau transport
Méthode d’accès au médium : CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Les stations sont à l’écoute du support de transmission et attendent qu’il soit libre pour émettre. Si une collision est détectée, chaque station continue à émettre pour que la collision soit vue par l’ensemble du réseau. Les stations réémettent leur message après un temps de durée aléatoire. Déterminisme : Résolu par segmentation Taux de charge < 10% Méthode de transmission : Par paquets ou datagrammes IP de 64 à 1500 octets Taille maxi des données utiles : 1442 octets par paquet (APDU) Sécurité de transmission : CRC32 au niveau couche liaison. Accusé réception niveau couche TCP Réponse au niveau application (UNITE/Modbus) Notes :

72 Les principaux protocoles application
HTTP : HyperText Transfer Protocol = Web Transfert de fichiers au format HTML FTP : File Transfer Protocole Transfert de fichiers suivant modèle client serveur SNMP : Simple Network Management Protocol Gestion de réseau : configuration, surveillance, administration DNS : Domain Name Service Traduit le nom symbolique d’un nœud de réseau en une adresse IP Notes :

73 Protocoles application
BOOTP : Protocol bootstrap Affectation adresse IP par un serveur TELNET : Interfaçage de terminaux avec des équipements en half duplex Format ASCII englobé UNITE : Protocole basé sur le modèle client serveur créé par Telemecanique MODBUS : Protocole basé sur le modèle client serveur créé par Modicon I/O scanning : E/S périodiques rafraichies par envoi automatique de requêtes Modbus. Notes :

74 Les classe d’implémentation Transparent Ready
Les classes d’implémentation définissent une liste de services à implémenter pour garantir une interopérabilité des produits Schneider Transparent Ready. Ces classes sont définies pour 4 familles d’équipements : Controllers (Automate, commandes numériques…) Devices (Variateurs, démarreurs moteur, robots, E/S déportées) Passerelles HMI / SCADA Les classes d’implémentation sont identifiées par - une lettre A à Z concernant les services WEB - suivi d’un nombre 00 à 99 concernant les services utilisateurs et communication - d’un suffixe ASCII concernant la couche physique. Notes :

75 Les classe d’implémentation
A : without Web B : Web Basic C : Web Configurable D : Web Active E : Web Distributed A : without Web Z : Web Basic Y : Web Regular X : Web Active W : Web Distributed Web services level Canopen Ethernet and IEEE layer UDP Global data Net. Mangt Web TCP HTTP Modbus FTP NDDS DHCP SNMP TFTP IP MIB Faulty device replacement SMTP 50 80 502 Example of Implementation Class: services protocols RS485 Can TR Gateway functions A05 I/O scanner A10 A00 ^ Web services User server client 00 : without Modbus 01 : modbus Basic access 05 : modbus Regular access User & communication level servicesm 10 : modbus on TCP-IP basic access 20 : modbus on TCP-IP management access 30 : modbus on TCP-IP added values access 40 : distributed control on TCP-IP Notes : Examples : A10-Eth10/100 Modbus on Ethernet TCP-IP (10/100 Mbs), no Web A05-SL-RS485 Modbus on RS485, no Web A00-Can for Can Open : profiles to be defined C30-Eth100 Modbus on Ethernet TCP-IP (100 Mbs) + com & Web services

76 Services Web Server Web Client Client Notes :
A : without Web B : Web Basic C : Web Configurable D : Web Active E : Web Distributed Maintenance B R Monitoring B R E Diag B R E Doc B R Conf B Web level A Web level A Web level B Web level Z Web level C Web level Y Client A : without Web Z : Web Basic Y : Web Regular X : Web Active W : Web Distributed Web level D Web level X Notes : optional mandatory

77 Services utilisateurs et communication
User & Communication with TCP-IP Com without TCP-IP Modbus Messaging B R E IOScan B FDR B R E Net Mgt (Modbus) B Net Mgt (SNMP) B R Glob Data B R Bd. Mgt B R Modbus Messaging B R E Net Mgt (Modbus) B Communication level 01 Communication level 05 Communication level 10 Communication level 20 Communication level 30 Notes : optional mandatory

78 Points forts - points faibles
Ouverture vers clients standards Offre Schneider Niveau d’intégration dans PL7 Points faibles Accessoires raccordement chers Pas de possibilité raccordement produits de sécurité Cout d’intégration Notes :

79 Modbus Historique Modbus et le modèle ISO La couche physique
La couche liaison La couche application Les profils Points forts - points faibles Notes :

80 Historique Le protocole MODBUS est une structure de messagerie créée par MODICON en 1979 pour connecter des automates à des outils de programmation. Ce protocole est de nos jours largement utilisé pour établir des communications de type maître/client vers esclaves/serveurs entre équipements intelligents. MODBUS est indépendant de la couche physique. Il peut être implémenté sur des liaisons RS232, RS422, ou RS485 ainsi que sur une grande variété d’autres médias (ex : fibre optique, radio, etc...). Notes :

81 Modbus liason série et le modèle ISO
MODBUS sur liaison série fonctionnant de 1200 à 56 Kbits/s avec une méthode d’accès maître/esclave. 7 6 5 4 3 2 1 Application Modbus Présentation Session Transport Réseau Notes : Liaison Maître / Esclave Physique RS485

82 Modbus Plus et le modèle ISO
MODBUS PLUS est un bus fonctionnant à 1 Mbit/s basé sur une méthode d’accès par anneau à jeton qui utilise la structure de messagerie MODBUS. 7 6 5 4 3 2 1 Application Modbus Présentation Session Transport Réseau Notes : Liaison 802.4 Anneau à jeton Physique RS485

83 Ethernet TCP/IP Modbus
Ethernet TCP/IP MODBUS utilise TCP/IP et Ethernet 10 Mbit/s ou 100 Mbits/s pour porter la structure de messagerie MODBUS. 7 6 5 4 3 2 1 Application Modbus Présentation Session Transport TCP Réseau IP Notes : Liaison CSMA / CD ETHERNET V2 ou Physique

84 La couche physique RS485 Medium : Paire torsadée blindée
Topologie : Type bus Avec dérivations et terminaisons de fin de ligne Distance maximum : 1300 m sans répéteur Débit : bits/s (56 Kbits/s sur certains produits) Nbre équipements : 32 1 maître et 31esclaves Notes :

85 Connectiques préconisés par Schneider TIA/EIA-485 / SUB-D 9 points
TIA/EIA-485 / RJ45 TIA/EIA-485 / SUB-D 9 points Notes : Femelle coté produit Femelle coté produit Mâle coté produit

86 Exemple d’architecture Départs moteurs Tesys U
Quantum Micro Premium Répartieur Modbus Fin de ligne ATV28 ATS48 ATV58 Tesys U Notes : Fin de ligne Boîtier de dérivation

87 La couche liaison Méthode d’accès au médium : Maître / esclave
Méthode de transmission : Client / serveur Le maître est client, l’esclave est serveur. L’échange de données entre esclaves se fait par programme applicatif Taille maxi des données utiles : 120 mots automate Sécurité de transmission : LRC ou CRC Délimiteurs start et stop Bit de parité Flux continu Notes :

88 Modbus ASCII et Modbus RTU
Le protocole MODBUS existe en 2 versions : Mode ASCII Chaque octet de la trame est transmis sous la forme de 2 caractères ASCII. Mode RTU 2 caractères hexadécimaux de 4 bits. Le principal avantage du mode RTU est qu’il transmet plus rapidement les informations. Le mode ASCII permet d’avoir un intervalle de temps d’une seconde entre 2 caractères sans générer d’erreur de transmission. Notes :

89 Structure d’une trame Modbus
La structure d’une trame Modbus est la même pour les requêtes (message du maître vers l’esclave) et les réponses (message de l’esclave vers le maître). Modbus RTU Adresse Checksum Data Fonction silence Silence >= 3,5 characters Modbus ASCII Notes : Adresse Checksum Data Fonction : CR LF 3A Hex 0D Hex 0A Hex

90 Exemple de trame en mode RTU
Code Fonction = 3 : Read n words Requête : 1 octet 1 octet 2 octets 2 octets 2 octets Adresse Esclave CRC16 1er mot Code Fonct.= 3 Nombre de mots à lire Réponse : Notes : 1 octet 1 octet 2 octets 2 octets 2 octets 2 octets Adresse Esclave CRC16 Nombre d’octets lus Code Fonct.= 3 Valeur du 1er mot dernier mot

91 Les classes d’implémentation
Les classes d’implémentation de la messagerie Modbus sont un sous ensemble du projet Transparent Ready qui définit une liste de services à implémenter pour garantir une interopérabilité des produits Schneider. Pour la famille des équipements serveurs (variateurs, démarreurs moteurs, E/S déportées, etc…) 3 classes sont définies. Les classes correspondent à une liste de requêtes Modbus à supporter. Basic : Accès mots et identification Regular : Basic + accès bits + diagnostic réseau Extended : Regular + autres accès Notes :

92 Points forts - points faibles
Faible coût d’implémentation Offre Schneider Niveau d’intégration dans PL7 Points faibles Nécessité d’écrire du programme pour accéder à une variable. Relativement lent Pas de communication directe d’esclave à esclave. Notes :

93 Comparaison au niveau physique

94 Comparaison au niveau liaison et application
Notes :

95 Automates Notes :

96 Contrôle industriel Notes :

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

98 Les étapes de mise en œuvre
Avec PL7 Vérification du fonctionnement de la communication par écran de mise au point Développement programme applicatif Test du programme

99 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 directement des données entre l’application et des équipements distants en utilisant des fonctions de communication (Read_var, Write_var, Send_Req, etc…) Notes :

100 Objets implicites Notes :
Temps de cycle réseau Echanges cycliques automatiques Temps de cycle automate Echanges cycliques automatiques Asynchronisme Zone %I ou %IW Zone %Q ou %QW Zone %IMod Processeur automate Infos diagnostic Zone mémoire des entrées Zone mémoire des sorties Coupleur de communication Equipement 1 Equipement 2 Equipement n Bus Notes :

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

102 Fonctions de communication
Echanges activés par le coupleur suite à demande prog. Echanges activés par requête* Processeur automate Coupleur de communication Bus Equipement 1 WRITE_VAR Equipement 2 READ_VAR Equipement n SEND_REQ Emplacement mémoire interne applicative %MW paramétré dans la requête Mémoire tampon Notes : * %La requête permet de paramétrer à quel équipement on s’adresse et où sont rangées les données.


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