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Direction France 1 Introduction aux réseaux de communication industriels Chapitre 2 :Les besoins et le positionnement des principaux réseaux Chapitre 6.

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1 Direction France 1 Introduction aux réseaux de communication industriels Chapitre 2 :Les besoins et le positionnement des principaux réseaux Chapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application Chapitre 5 :Les principaux moyens daccès au médium Chapitre 7 : Les produits dinterconnexion Chapitre 4 :Les supports physiques Chapitre 3 :Le modèle ISO Chapitre 1 :Notions de base

2 Direction France 2 Chapitre 8 :ASi Chapitre 12 : FIPIO Chapitre 10 : Ethernet - TCP/IP - Modbus Chapitre 9 : CANopen Introduction aux réseaux de communication industriels

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

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

5 Direction France 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) 0 1

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

7 Direction France 7 Les types de transmission Transmission série : La liaison nécessite en général 3 fils : émission, réception et masse. Les bits dun octet sont transmis les uns à la suite des autres. Transmission parallèle : Les bits dun octet sont transmis simultanément. Utilisé pour des courtes distances, chaque canal ayant tendance à perturber ses voisins la qualité du signal se dégrade rapidement.

8 Direction France 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 lintervalle de temps entre 2 bits est fixe. Des bits de synchronisation (START, STOP) encadrent les informations de données.

9 Direction France 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.

10 Direction France 10 Les besoins en communication industrielle VITESSE DE REACTION NECESSAIRE 1 ms 1 s 1 minute 1 bit NOMBRE D'INFORMATIONS A TRANSMETTRE 1 kbits 1 Mbits Système dinformation Niveau 3 Entrepris e Niveau 2 Atelier Gestion de production Supervision Niveau 1 Machines Le contrôle commande Les constituants Niveau 0 Capteurs Actionneu rs

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

12 Direction France 12 Stratégie réseau de la branche Industrie de Schneider Core Networks : Ethernet TCP / IP & Modbus Aux niveaux 2 et 3 : système dinformation et contrôle (inter- automates) à étendre au niveau bus de terrain (niveau 1) CANopen Comme bus interne déquipements 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...)

13 Direction France 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)...

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

15 Direction France 15 Exemples de trames respectant le modèle ISO 46 à 1500 Préambule AD. Destin. Ad. Source Couches application Contrôle FCS 8 Octets LLC IP TCP 20 FTP, HTTP, SMTP Modbus etc... Trame Ethernet TCP-IP Trame Modbus RTU Demande de lecture des mots numéro W5 et W6 de lesclave adresse 7 Code fonction = 3 1 Octets 1 2 Numéro du 1er mot = 5 Nombtre de mots à lire = 2 Adr. esclave = 7 CRC 16 22

16 Direction France 16 Les principaux supports utilisés Quelques standards électriques en paire torsadée Les différentes topologies Les supports physiques

17 Direction France 17 Les principaux supports utilisés La paire de fils torsadés Le plus simple à mettre en œuvre, et le moins cher. Le câble coaxial Il se compose dun conducteur en cuivre, entouré dun écran mis à la terre. Entre les deux, une couche isolante de matériau plastique. Le câble coaxial a dexcellentes propriétés electriques et se prête aux transmissions à grande vitesse. La fibre optique Ce nest 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. vitesse distance immunité électro-magnétique Les supports de transmission ou MEDIUMS influent sur : Coût du médium Faible Important Mediums les plus utilisés :

18 Direction France 18 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.

19 Direction France 19 Les différentes topologies TOPOLOGIEPOINT A POINT(entre 2 unités en communication) TOPOLOGIE ENETOILE(plusieurs unités communiquent par leur propre ligne avec une unité dite Centrale) TOPOLOGIE ENARBRE(cest une variante de la topologie en étoile) TOPOLOGI LEE(les équipements sont reliés entre eux pour former une toile daraignée. Pour atteindre un noeud, plusieurs chemins sont possibles) TOPOLOGIE ENANNEAU(toutes les unités sont montées en série dans une boucle fermée. les communications doivent traverser toutes les unités pour arriver au récepteur) TOPOLOGIEBUS(le réseau se compose dune ligne principale à laquelle toutes les unités sont connectées)

20 Direction France 20 Maître - Esclave Anneau à jeton Accès aléatoire Les principaux moyens daccès au médium

21 Direction France 21 Maître - Esclave MAITRE ESCLAVE Polling Quelque chose à dire ? Réponse Rien à déclarer Le MAITRE est lentité qui accorde laccès au medium. LESCLAVE est lentité qui accède au médium après sollicitation du maître. Se situe au niveau de laccès au médium Ex : Profibus-DP

22 Direction France 22 Anneau à jeton = Token ring Les membres dun ANNEAU logique ont lautorisation démettre lors de la réception du jeton. Le JETON est un groupe de bits qui est passé dun nœud au suivant dans lordre croissant des adresses. Adresse 1 Adresse 2 Adresse 3 Adresse 4 Ex : Modbus Plus Se situe au niveau de laccès au médium

23 Direction France 23 Accès aléatoire Un ensemble de règles détermine comment les produits sur le réseau réagissent lorsque deux équipements tentent daccéder au médium en même temps (collision). Adresse 1 Adresse 2 Adresse 3 Adresse 4 Discussion informelle entre individus indisciplinés : Dès quun silence est détecté, celui qui désire parler prend la parole. Carrier Sense Multiple Access Se situe au niveau de laccès au médium

24 Direction France 24 CSMA/CD - CSMA/CA 1 - Détection de la collision 2 - Arrêt de transmission de la trame 3 - Emission dune trame de brouillage 4 - Attente dun temps aléatoire 5 - Ré-émission de la trame CSMA/CD = Carrier Sense Multiple Access Collision Detect : Collision destructive 1 - Détection de la collision non destructive (bits récessifs et dominants) 2 - Léquipement avec la priorité la plus basse cesse démettre 3 - Fin de transmission de léquipement le plus prioritaire 4 - Léquipement avec la priorité la plus basse peut émettre sa trame CSMA/CA = Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance : Collision non destructive Ex : EthernetEx : CAN

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

26 Direction France 26 Client - Serveur Réponse Pas de problème, voilà le fichier complet ! Requête Peux tu menvoyer la configuration du départ moteur N°3 STP ? SERVEUR Le SERVEUR est lentité qui répond à une demande dun client Le CLIENT est une entité demandant un service sur le réseau CLIENT Se situe au niveau applicatif entre 2 équipements Ex : Modbus Necessite écriture programme dans lautomate (requêtes)

27 Direction France 27 Producteur - Consommateur Le PRODUCTEUR est une entité (unique) qui fournit une information. CONSOMMATEUR N°1 Je vais rater mon train !!! CONSOMMATEUR N°2 Et si jallais au cinéma... PRODUCTEUR Il est 18h00 Ex : CANopen DeviceNet Le CONSOMMATEUR est une entité qui lutilise (plusieurs entités peuvent utiliser la même information). Se situe au niveau applicatif entre 1 et plusieurs équipements

28 Direction France 28 Types de traffic Variables cycliques : 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 dinformations sans contrainte de temps.

29 Direction France 29 Système ouvert Un système ouvert est constitué de constituants interopérables et interchangeables Linteropérabilité est la faculté de communiquer de manière intelligible avec dautres équipements. Elle est atteinte par le strict respect des spécifications du protocole. Linterchangeabilité est la faculté de pouvoir remplacer un équipement par un autre (provenant éventuellement dun autre constructeur). Elle est atteinte par le respect des spécifications de profils. Chaque constructeur conserve la possibilité de définir sil le désire des fonctionnalités qui lui sont propres en dehors du profil minimal ou noyau.

30 Direction France 30 Notion de profil Un profil est un moyen standardisé de décrire les fonctionnalités garantissant linterchangeabilité de constituants. 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 léquipement. 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 larrêt, en marche etc...

31 Direction France 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

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

33 Direction France 33 Répéteur - Hub - Switch Répéteur = Repeater Permet lextension dun réseau par segments Il amplifie et rétablit le même type de signal Exemple = répéteur RS Segment 2 Segment 1 Concentrateur = Hub 1111 Permet lextension dun 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 1111 Permet lextension dun 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)

34 Direction France 34 Convertisseur = Transceiver Permet lextension dun réseau par segments de nature différentes. Exemple = convertisseur RS232/RS Segment 2 Segment 1 Pont = Bridge Permet de relier 2 réseaux utilisant le même protocole mais des couches basses différentes Exemple = Bridge Modbus RS485 / Ethernet TCP-IP 1 1 Réseau 2 Réseau Transceiver - Bridge

35 Direction France 35 Routeur - Passerelle Routeur = Router Permet de relier 2 réseaux de même nature. Exemple = Routeur Ethernet TCP-IP 2 2 Réseau 2 Réseau Passerelle = Gateway Permet de relier 2 réseaux de nature différente Exemple = Passerelle FIPIO / Modbus 2 2 Réseau 2 Réseau

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

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

38 Direction France 38 ASi et le modèle ISO VIDE Maître / esclave Alimentation et communication sur le même support Interfaces E/S TOR génériques Capteurs TORDépart moteurs E/S analogiques etc... APPLICATION PRESENTATION SESSION TRANSPORT RESEAU LIAISON = LLC + MAC PHYSIQUE couches utilisées + des profils Client / Serveur via requêtes

39 Direction France 39 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 lesclave le plus éloigné) Débit :167 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 La couche physique

40 Direction France 40 4 types de raccordement définis dans la charte ASi Schneider Les types de raccordement Bornier à vis ou à ressort AS I+ AS I- Prise vampire ASI- ASI+ Connecteur debrochable jaune 2 points Prise M12 (mâle sur produit) IP20 IP65

41 Direction France 41 Exemple darchitecture Micro Quantum Alimentation double Asi-24 V Bus ASi (câble jaune) 24 V (câble noir)Alimentation Répartiteur passif Répartiteur actif Répéteur Alimentation ASi Conversion câble plat - câble rond Départ-moteur coffret Té Boîte à boutons SEGMENT 2 SEGMENT 1 Premium

42 Direction France 42 Méthode daccès 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 dentrées pour une réponse La couche liaison 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

43 Direction France 43 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 dentrées maximum pour tous les esclaves Temps de cycle : 5 ms max pour 31 esclaves, 10 ms pour 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 4 bits de sorties maximum les esclaves standards, 3 pour les esclaves A/B 155 ms maximum pour 31 esclaves, 310 ms pour 62 La couche application

44 Direction France 44 Les profils Pour garantir linterchangeabilité 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.

45 Direction France 45 ASi V1 : 2 digits Profil = IO _code. ID _code IO _code = indique le nombre dentrées et sorties de léquipement (0 to F) ID _code = indique le type déquipement (0 to F) Les profils ASi V2 : 4 digits Profil = IO _code. ID _code. ID1 _code. ID2 _code IO _code = indique le nombre dentrées et sorties de léquipement (0 to F) ID _code = indique le type déquipement (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)

46 Direction France 46 Points forts - points faibles Points forts Temps de cycle rapide et déterministe Facilité de câblage Simplicité dutilisation car très bien intégré dans PL7 Evolution de larchitecture aisée Points faibles Quelques bits échangés Nombre desclaves maximum Longueur du bus : 100 m

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

48 Direction France : Création de CAN à linitiative de léquipementier allemand BOSCH pour répondre à un besoin de lindustrie automobile. CAN ne définit quune partie des couches 1 et 2 du modèle ISO. Historique : Prix des drivers et micro-contrôleurs intégrant CAN très attractifs car gros volume consommé par lautomobile 1991 : Naissance du CIA = CAN in Automation : pour promouvoir les applications industrielles

49 Direction France : Publication par le CiA du profil de communication DS-301 : CANopen 2001 : Publication par le CIA de la DS-304 permettant dintégrer des composants de sécurité de niveau 4 sur un bus CANopen standard (CANsafe). 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.

50 Direction France 50 CANopen et le modèle ISO CiA DS-301 = Communication profile VIDE CAN 2.0 A et B + ISO CAN 2.0 A et B = ISO et 2 ISO DS-102 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 CAL= CAN Application Layer APPLICATION PRESENTATION SESSION TRANSPORT RESEAU LIAISON = LLC + MAC PHYSIQUE CANopen sappuie sur CAL

51 Direction France 51 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 : maître et 127 esclaves La couche physique

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

53 Direction France 53 Exemple darchitecture Premium ATV58 TEGO POWER FTB1CN TEGO POWER Résistance fin de ligne Résistance fin de ligne (120 ) Résistance fin de ligne

54 Direction France 54 Méthode daccès au médium : CSMA/CA Chaque équipement peut émettre dès que le bus est libre. Un principe de bits dominants ou récessifs permet lors dune collision un arbitrage bit à bit non destructif. La priorité dun message est donné par la valeur de lidentifieur : lidentifieur 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 détat, cyclique, ou signal SYNC, système Maître_esclave. La couche liaison

55 Direction France 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 derreurs permettent de garantir une grande sécurité de transmission.

56 Direction France 56 4 types de services standardisés : 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 détat, 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 La couche application

57 Direction France 57 Lallocation des identifieurs sur CANopen est basée sur un partage de lidentifieur 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 ladresse du produit codée par exemple par des DIP switchs. La couche application Function CodeNode ID

58 Direction France 58 La couche application

59 Direction France 59 Les profils Les profils CANopen sont basés sur le concept de dictionnaire dobjet : Device Object Dictionnary (OD). Le CANopen Object Dictionary est un groupement ordonné dobjets 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.

60 Direction France 60 Les profils Structure du dictionnaire dobjet

61 Direction France 61 Les profils CANopen définit 2 types de profiles : Le profil de communication DS-301 : Décrit la structure générale de lOD, et des objets se trouvant dans la zone « Communication profile area ». Il sapplique 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, dautres optionnels, certains sont accessibles en lecture, dautres en lecture et écriture.

62 Direction France 62 Points forts - points faibles Points forts 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 dintégration dans PL7 Offre Schneider actuelle Non déterministe

63 Direction France 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

64 Direction France 64 Historique 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 % Version expérimentale d Ethernet définis par XEROX Principes dEthernet définis par XEROX Première spécification dEthernet par XEROX, DEC et INTEL Version 2 des spécifications dEthernet Normalisation IEEE des réseaux CSMA/CD Ethernet TCP - IP Modbus Schneider Transparent factory

65 Direction France 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 APPLICATION PRESENTATION SESSION TRANSPORT NETWORK LINK = LLC + MAC PHYSICAL VIDE CAN 2.0 A et B + ISO CAN 2.0 A et B = ISO et 2 Modbus VIDE CSMA/CD Ethernet V2 ou HTTP FTP BootP DHCP --- TCP IP

66 Direction France 66 La couche physique 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 :10 Mbits/s Mbits/s - 1 Gbits /s 1 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

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

68 Direction France 68 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 dalu Catégorie 5 (Cat 5) - La plus courante dans les réseaux informatiques Cat 5 = 100 Mbps (en cours de spécification) Cat 3 = 10 Mbps La paire torsadée Utilise la connectique RJ45

69 Direction France 69 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. 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 davoir des plus grandes longueurs de segment (max 2 km) Servent souvent dartères

70 Direction France 70 Exemple darchitecture Quantum MomentumMagelisMomentumAltivar 58Altistart 48Altivar 38MomentumAltivar 58 Quantum Anneau optique redondant 200 M bits/s Full-duplex Switch Premium Boucle optique Hub Transceiver Fibre optique

71 Direction France 71 Méthode daccès au médium : CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Les stations sont à lécoute du support de transmission et attendent quil soit libre pour émettre. Si une collision est détectée, chaque station continue à émettre pour que la collision soit vue par lensemble 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) Couches liaison réseau transport

72 Direction France 72 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 dun nœud de réseau en une adresse IP Les principaux protocoles application

73 Direction France 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.

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

75 Direction France 75 Les classe dimplémentation 01 : modbus Basic access 05 : modbus Regular access 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 A : without Web Z : Web Basic Y : Web Regular X : Web Active W : Web Distributed A : without Web B : Web Basic C : Web Configurable D : Web Active E : Web Distributed serverclient 00 : without Modbus Web services level User & communication level servicesm Examples : A10-Eth10/100Modbus on Ethernet TCP-IP (10/100 Mbs), no Web A05-SL-RS485Modbus on RS485, no Web A00-Canfor Can Open : profiles to be defined C30-Eth100Modbus on Ethernet TCP-IP (100 Mbs) + com & Web services

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

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

78 Direction France 78 Points forts - points faibles Points forts Ouverture vers clients standards Offre Schneider Niveau dintégration dans PL7 Points faibles Accessoires raccordement chers Pas de possibilité raccordement produits de sécurité Cout dintégration

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

80 Direction France 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 dautres médias (ex : fibre optique, radio, etc...).

81 Direction France 81 Modbus liason série et le modèle ISO MODBUS sur liaison série fonctionnant de 1200 à 56 Kbits/s avec une méthode daccès maître/esclave. Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique Maître / Esclave Modbus RS485

82 Direction France 82 Modbus Plus et le modèle ISO MODBUS PLUS est un bus fonctionnant à 1 Mbit/s basé sur une méthode daccès par anneau à jeton qui utilise la structure de messagerie MODBUS. Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique Anneau à jeton Modbus RS485

83 Direction France 83 Ethernet TCP/IP MODBUS utilise TCP/IP et Ethernet 10 Mbit/s ou 100 Mbits/s pour porter la structure de messagerie MODBUS. Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique CSMA / CD ETHERNET V2 ou Modbus TCP IP Ethernet TCP/IP Modbus

84 Direction France 84 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 La couche physique RS485

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

86 Direction France 86 Exemple darchitecture Micro Quantum Premium ATS48ATV28 Départs moteurs Tesys U ATV58 Tesys U Té Fin de ligne Répartieur Modbus Fin de ligne Boîtier de dérivation

87 Direction France 87 Méthode daccès au médium : Maître / esclave Méthode de transmission : Client / serveur Le maître est client, lesclave est serveur. Léchange 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 La couche liaison

88 Direction France 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 Chaque octet de la trame est transmis sous la forme de 2 caractères hexadécimaux de 4 bits. Le principal avantage du mode RTU est quil transmet plus rapidement les informations. Le mode ASCII permet davoir un intervalle de temps dune seconde entre 2 caractères sans générer derreur de transmission.

89 Direction France 89 Structure dune trame Modbus La structure dune trame Modbus est la même pour les requêtes (message du maître vers lesclave) et les réponses (message de lesclave vers le maître). Modbus ASCII Modbus RTU AdresseChecksumDataFonction:CRLF 3A Hex 0D Hex0A Hex AdresseChecksumDataFonction silence Silence >= 3,5 characters

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

91 Direction France 91 Les classes dimplémentation Les classes dimplémentation 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

92 Direction France 92 Points forts - points faibles Points forts Faible coût dimplémentation Offre Schneider Niveau dintégration dans PL7 Points faibles Nécessité décrire du programme pour accéder à une variable. Relativement lent Pas de communication directe desclave à esclave.

93 Direction France 93 Comparaison au niveau physique

94 Direction France 94 Comparaison au niveau liaison et application

95 Direction France 95 Automates

96 Direction France 96 Contrôle industriel

97 Direction France 97 Les étapes de mise en œuvre Câblage de linstallation 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 lautomate Sauvegarde et transfert de la configuration dans lautomate Configuration du coupleur maître Avec PL7 pour ASi, Ethernet, FIPIO et Modbus Avec SycCon pour CANopen, et Profibus Avec CMD Tool pour Interbus Sur linstallation Avec PL7 et configurateur PL7 est le logiciel de programmation des automates Micro et Premium

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

99 Direction France 99 Les différents types déchanges Lajout dans lautomate dun module de communication enrichit lapplication dobjets pouvant être de 2 types : Objets implicites : Ces variables dentrées ou de sorties sont mises à jour automatiquement par lUC de lautomate et le coupleur de communication de façon asynchrone. Objets explicites : Ces variables dentrées ou de sorties mises à jour sur demande du programme utilisateur. Il est également possible déchanger directement des données entre lapplication et des équipements distants en utilisant des fonctions de communication (Read_var, Write_var, Send_Req, etc…)

100 Direction France 10 0 Objets implicites 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 Temps de cycle automate Echanges cycliques automatiques Equipement 1 Equipement 2 Equipement n Bus Temps de cycle réseau Echanges cycliques automatiques

101 Direction France 10 1 Objets explicites Equipement 1 Equipement 2 Equipement n Bus Coupleur de communication Paramètres de commande Paramètres détat Paramètres de réglage courants READ_STS WRITE_CMD WRITE_PAR READ_PAR SAVE_PAR RESTORE_PA R Echanges activés par le programme Echanges activés par le coupleur suite à demande prog. Paramètres détat Processeur automate Paramètres de commande Paramètres de réglage courants Paramètres de réglage initiaux Zone %Mwxy* * %Mwxy : Avec x = Numéro Rack - y = Numéro enplacement de coupleur de communication

102 Direction France 10 2 Fonctions de communication Equipement 1 Equipement 2 Equipement n Processeur automate Coupleur de communication Bus Emplacement mémoire interne applicative %MW paramétré dans la requête Mémoire tampon READ_VAR WRITE_VAR Echanges activés par requête* SEND_REQ * %La requête permet de paramétrer à quel équipement on sadresse et où sont rangées les données. Echanges activés par le coupleur suite à demande prog.


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