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1 Réseau CAN Application GRUES Un exemple d'application Patrick MONASSIER Université Lyon 1 France.

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1 1 Réseau CAN Application GRUES Un exemple d'application Patrick MONASSIER Université Lyon 1 France

2 2 D'OU CA VIENT ?Il convient de rappeler l'existence d'un décret daté du 23 août 1947 qui définit les précautions à observer par les utilisateurs de grues de chantiers. Dans les années 1970/1980 certains chantiers comme les chantiers de construction de centrales nucléaires sur lesquels on dénombre souvent 30 grues et plus enregistrent des accidents graves voire mortels. Historique Au début des années 80 apparaissent les premiers dispositifs d'aide à la conduite, essentiellement basés sur de l'électronique analogique. Le 07/07/1987, en France une circulaire du ministère des affaires sociales et de lemploi pose les conditions générales d'utilisation des grues à tour dont les zones d'actions se recoupent. C'est à la fin des années 80, suite aux progrès importants réalisés en électronique numérique qu'apparaissent les premiers systèmes à microprocesseurs qui permettront l'essor des systèmes ANTI-COLLISION. Les progrès techniques accomplis et l'expérience acquise depuis la circulaire de 07/87 entraînent le législateur à publier la note technique du qui apporte les précisions nécessaires ou indispensables pour tous.

3 3 Les riques d'accidents - collisions - survols de zones

4 4 TRANSLATION DISTRIBUTION ORIENTATION GRUES - Les Mouvements

5 5 TRANSLATION DISTRIBUTION ORIENTATION Réseau interne Réseau inter-grues Système Capteurs Actionneurs Légende GRUES - Implantation du système

6 6 GRUES - Interférences et survol de zone

7 7 GRUES - Réseau Inter-grues liaison Radio Fil Jusquà 16 grues, numérotées de 1 à Longueur réseau fil: 2000 mètres maxi

8 8 GRUES - Cycle de traitement Lecture des capteurs de la grue locale TraitementsPilotage des actionneurs de la grue locale Temps dattente Temps de cycle : 300 ms Position des autres grues (Réseau Inter-grues)

9 9 GRUES - Cycle de traitement GRUES - Cycle général - La trame dinformations Temps de cycle : 300 ms Temps de cycle divisé par 16 : 300ms / 16 = 18,75 ms - Orientation: bits - Distribution: bits - Translation: bits octets Informations à transmettre: - N° de la grue:.. 4 bits attente

10 10 - Orientation: bits - Distribution: bits - Translation: bits Informations à transmettre: - N° de la grue:.. 4 bits Début de trame Identifieur Commande C.R.C. Fin de trame Données Espace intertrame 18,75 ms maximum GRUES - Exemple de trame Réseau CAN

11 11 Début de trame Identifieur Commande C.R.C. Fin de trame Données Espace intertrame bits de données 47 bits 18,75 ms maximum imposé 18.75ms / 87 bits = 0.21ms par bit => 1 / 0.21ms = 4,64Kb/s à 20 Kbits / s => facteur 4 GRUES - Vitesse de transmission

12 mètres Débit Kbits / s Longueur du réseau (mètres) Valeur maximale du protocole CAN 20 Kbit / s 4000 m GRUES - Distances en fonction de la vitesse de transmission (réseau CAN)

13 13 GRUES - Différentes options pour le réseau InterGrues Protocole constructeur: Support filaire RS485 à 9,6 Kb/s - Protocole et trames constructeur Protocole FIP: Support filaire à 1Mb/s - Protocole FIP simplifié - Trames FIP Protocole CAN: Support filaire à 20 Kb/s - Protocole et trames CAN N° Grue 4 bits Données 40 bits C.R.C. 8 bits 52 bits 5,4 ms 100 bits 100 uS 87 bits 4,35 ms

14 14 GRUES - Architecture système (réseau) Driver RS 485 Driver FIP Transformateur Driver CAN 80C250 Controleur FIP FIPART Controleur CAN Intel Philips Microprocesseur Constructeur FIP Fil Modèle ISO..... Couche 7 Application Couche 2 liaison..... Couche 1 Physique CAN

15 15 +5V= +5V= Isolé 2 Opto HCPL7101 Driver CAN 82C250 Controleur CAN Intel uP Couche 1 Physique Couche 2 liaison Couche 7 Application Filtres GRUES - Couche Physique liaison CAN Exemple : Support Fil paire torsadée avec Isolation Optoélectronique

16 16 GRUES - Couche Physique RS485 Exemple : Support Fil paire torsadée avec Isolation Optoélectronique +5V= +5V= Isolé 3 Opto HCPL0601 Driver RS485 MAX 1483 MAXIM Couche 1 Physique Couche 7 Application & Couche 2 liaison Filtres Réception Transmission Contrôle émission uP

17 17 Les capteurs et actionneurs TRANSLATION DISTRIBUTION ORIENTATION Réseau interne Systèm e Capteur s Actionneur s Légende Les capteurs et actionneurs sont reliés au système par le réseau CAN - 3 capteurs de position - Commande des relais de coupure - Tableau de bord - Homme mort - Shunt

18 18 Les capteurs et actionneurs Tableau de bord homme mort Relais de coupure capteurs Translation Recalage Translation Distribution Orientation SYSTEME microcontroleur Feux Terminal de programmation liaison temporaire (à la calibration)

19 19 Les capteurs et actionneurs - La sécurité On ne peut pas mélanger les réseaux internes grues et inter-grues pour les raisons suivantes: fonctions différentes, support physique incertain.. Sur le réseau interne, on a des capteurs simples (positions, homme mort), un actionneur simple (feux), des actionneurs intelligents: carte relais (qui renvoie un acquittement de bon positionnement par relecture des relais de sécurité) et tableau de bord, un calculateur à connexion temporaire (calibration). En cas de détection derreur réseau, les actionneurs peuvent se mettre en sécurité locale: coupure automatique des mouvements pour la carte relais, indications visuelle et sonore pour le tableau de bord. On se trouve donc dans un cas dune intelligence répartie, où la fonction sécurité est privilégiée. En cas derreurs réseau ou de problème système, la carte relais met la grue en sécurité. Un mécanisme de watch-dog interne est intégré cette carte.

20 20 Architecture globale du système avec ses 2 réseaux Système Microprocesseur Alimentation controleur CAN 1 2 Réseau interne Réseau inter-grues

21 21 Architecture globale du système - aspects temporels Lecture des capteurs de la grue locale Pilotage des actionneurs de la grue locale Lecture de la position des autres grues Temps de cycle : 300 ms Envoi de la position grue locale Traitements Réseau interne Réseau inter-grues

22 22 Application Grues - Trames Types de trames ( Pas de Remote, seulement des trames de données ) –Trames de données: Positions des grues –Trames dalarme –Trames de messages : Confguration, Information, Maintenance Vitesse de transmission –Fonction de la distance –Fonction du temps de cycle système –Fonction du matériel - Temps de propagation globale Priorités –Trames dalarmes les plus prioritaire –Trames de positions grues en intermédiaire –Trames de messages en moins prioritaire Affectation des Identifieurs –Selon les priorités, liées aux types de trames. Timing général –Trames de données standard –Les trames dalarme ne doivent pad gêner lapplication –Les messages ne sont pas prioritaires mais doivent passer quand même

23 23 Application Grues Groupes dIdentifieurs 0 « 1 « 2 Alarmes 3 « 4 Grue 1 5 Grue 2 6 Grue 3 7 Grue 4 8 Grue 5 9 Grue 6 10 Grue 7 11 Grue 8 12 Grue 9 13 Grue Grue Grue Grue Grue Grue Grue « 21 « 22 « 23 « 24 « 25 « 26 Messages 27 « 28 « 29 « 30 « 31 « On accepte de gérer 16 grues dont 12 en interférences Définition de 32 groupes de trames définies par des identifieurs numérotés selon le 5 bits les plus forts.

24 24 Application Grues Identifieurs Messages Grue Grue Grue Grue Grue Grue Grue Grue Grue Grue Grue Grue Alarmes pooling IR Global Mask Arbitration Groupe (5 bits H) Définition de 32 groupes fonction des 5 bits High de lidentifier 2.0A 11 bits 82527

25 25 Application Grues Calculs 1 trame de donnée composée de 87 bits (+ 15% marge) soit 100 bits La distance donnée est de 3.3 Km pour 20Kb/s A 20Kb/s une trame donne: 100 bits * 50us = 5ms pour 18 trames (16 données + 1 message + 1 alarme) : 5ms*18= 90ms Le temps de cycle est de 300ms soit 300 / 90 = 3.33 facteur multiplicatif La somme des retards (time bit) doit être inférieure à 300ns –Calculs ci-dessus donnés pour support physique fil paire torsadée (5ns/m) Rappel pour L: L= v_prop *( ( 66% * baud rate)/2) - T_elec) L = 0.2 m/ns * (((0.66 * ns ) / 2 ) - 300ns) = 3240 mètres –nota: 3280 mètres pour 100ns

26 26 FIN de Présentation Merci de votre attention Patrick MONASSIER Université Lyon 1 France


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