Introduction aux réseaux de communication industriels

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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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

2 Introduction aux réseaux de communication industriels
Chapitre 8 : ASi Chapitre 9 : CANopen Chapitre 10 : DeviceNet Chapitre 11 : Ethernet - TCP/IP - Modbus Chapitre 12 : Profibus-DP Chapitre 13 : FIPIO Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

3 Introduction aux réseaux de communication industriels
Chapitre 14 : Interbus Chapitre 15 : Modbus Chapitre 16 : Tableau comparatif des principaux réseaux Chapitre 17 : Aperçu de l ’offre de communication IA Chapitre 18 : La fonction communication traitée par PL7 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

4 Les éléments mis en œuvre lors d ’une communication
Chapitre 1 : Notions de base 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. Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

5 Les techniques de transmission
Chapitre 1 : Notions de base 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

6 Les types de transmission
Chapitre 1 : Notions de base Les types de transmission Transmission simplex : mono-directionnel Transmission half duplex : bi-directionnel alterné Notes : Transmission full duplex : bi-directionnel simultané Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

7 Les types de transmission
Chapitre 1 : Notions de base Les types de transmission Transmission série : La liaison nécessite en général 3 fils : émission, réception et masse. Les bits d ’un octet sont transmis les uns à la suite des autres. EMETTEUR RECEPTEUR 1 Caractère de 8 bits 1 Caractère de 8 bits 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. EMETTEUR RECEPTEUR 1 1 1 Notes : 1 1 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

8 Les types de transmission série
Chapitre 1 : Notions de base Les types de transmission série Transmission série synchrone : Les informations sont transmises de façon continue. Un signal de synchronisation est transmis en parallèle aux signaux de données. Transmission série asynchrone : Les informations peuvent être transmises de façon irrégulière, cependant l ’intervalle de temps entre 2 bits est fixe. Des bits de synchronisation (START, STOP) encadrent les informations de données. Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

9 Les réseaux de communication industriels
Chapitre 1 : Notions de base Les réseaux de communication industriels Pour des raisons liées au coût et à la robustesse, la plupart des réseaux de communication industriels utilisent : une transmission numérique série asynchrone half-duplex. Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

10 Positionnement des principaux réseaux et bus
Chapitre 2 : Besoins et positionnement des principaux réseaux Positionnement des principaux réseaux et bus Ethernet TCP/IP FTP - HTTP Réseaux informatiques (Data Bus) Pilotage de machine processus FIPWAY Ethernet TCP/IP Modbus ProfileNet 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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

11 Les besoins en communication industrielle
Chapitre 2 : Besoins et positionnement des principaux réseaux 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 Les constituants Niveau 0 Capteurs Actionneurs Notes : Concept CIM Computer Integreted Manufacturing Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

12 Stratégie réseau de la branche Industrie de Schneider
Chapitre 2 : Besoins et positionnement des principaux réseaux Stratégie réseau de la branche Industrie de Schneider Core Networks ( Fondamental ) 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 (ex : STB) .ASi Pour la connexion des capteurs actionneurs (niveau 0) Modbus RS 485 Quand Ethernet ne convient pas (prix, topologie ...) Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

13 Stratégie réseau de la branche Industrie de Schneider
Chapitre 2 : Besoins et positionnement des principaux réseaux Stratégie réseau de la branche Industrie de Schneider Legacy Networks (legs) .. FIPIO, Modbus Plus, Uni-Telway, Seriplex Connectivity Networks (ouverture) Approche pragmatique quand le marché impose sa solution .DeviceNet (Allen-Bradley) - Profibus (Siemens) - Interbus (Phoenix) ... Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

14 Description du modèle ISO
ISO = International Organization for Standardization Chapitre 3 : Le modèle ISO Description du modèle ISO COUCHE APPLICATION 7 Protocole : définit un langage commun d ’échanges entre les équipements (sémantique et signification des informations) STATION Exemple : Modbus, UNITE  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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

15 Description du modèle ISO
ISO = International Organization for Standardization Chapitre 3 : Le modèle ISO Description du modèle ISO Programme Utilisateur 6 COUCHE APPLICATION 7 COUCHE TRANSPORT 4 COUCHE RESEAU 3 COUCHE LIAISON 2 COUCHE PHISIQUE 1 5 6 COUCHE APPLICATION 7 Programme Utilisateur COUCHE TRANSPORT 4 COUCHE RESEAU 3 COUCHE LIAISON 2 COUCHE PHISIQUE 1 5 Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

16 Exemples de trames respectant le modèle ISO
Chapitre 3 : Le modèle ISO 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 Etenrnet TCP-IP Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

17 Les supports physiques
Chapitre 4 : Les supports physiques Les supports physiques Les principaux supports utilisés Quelques standards électriques en paire torsadée Les différentes topologies Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

18 Les principaux supports utilisés
Chapitre 4 : Les supports physiques 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. 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. Notes : Le câble coaxial Il se compose d’un conducteur en cuivre, entouré d’un écran mis à la terre. Entre les deux, une couche isolante de matériau plastique. Le câble coaxial a d’excellentes propriétés électriques et se prête aux transmissions à grande vitesse. Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

19 Quelques standards paire torsadée
Chapitre 4 : Les supports physiques Quelques standards paire torsadée RS232 : Liaison point à point 2 fils. Distance < 15 mètres, débit < 20 kbits/sec. RS485 : Bus multipoint half duplex (bi directionnel alterné) sur 2 fils. Mêmes caractéristiques que RS422A mais sur 2 fils. 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. Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

20 Les différentes topologies
Chapitre 4 : Les supports physiques Les différentes topologies TOPOLOGIE MAILLEE (les équipements sont reliés entre eux pour former une toile d’araignée. Pour atteindre un noeud , plusieurs chemins sont possibles) TOPOLOGIE POINT A POINT (entre 2 unités en communication) 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) Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

21 Les principaux moyens d ’accès au médium
Chapitre 5 : Les principaux moyens d ’accès au médium Les principaux moyens d ’accès au médium Maître - Esclave Anneau à jeton Accès aléatoire Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

22 Maître - Esclave Se situe au niveau de l ’accès au médium
Chapitre 5 : Les principaux moyens d ’accès au médium Maître - Esclave Se situe au niveau de l ’accès au médium Le MAITRE est l ’entité qui accorde l ’accès au medium. L’ESCLAVE est l ’entité qui accède au médium après sollicitation du maître. Polling Quelque chose à dire ? Réponse Rien à déclarer Notes : MAITRE ESCLAVE Ex : Profibus-DP , Unitelway, Modbus, ... Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

23 Anneau à jeton = Token ring
Chapitre 5 : Les principaux moyens d ’accès au médium Anneau à jeton = Token ring Se situe au niveau de l ’accès au médium Les membres d ’un ANNEAU logique ont l ’autorisation d ’émettre lors de la réception du jeton. Le JETON est un groupe de bits qui est passé d ’un nœud au suivant dans l ’ordre croissant des adresses. Adresse 1 Adresse 2 Adresse 3 Adresse 4 Notes : Ex : Modbus Plus Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

24 Accès aléatoire Carrier Sense Multiple Access
Chapitre 5 : Les principaux moyens d ’accès au médium Accès aléatoire Se situe au niveau de l ’accès au médium Carrier Sense Multiple Access Un ensemble de règles détermine comment les produits sur le réseau réagissent lorsque deux équipements tentent d ’accéder au médium en même temps (collision). Adresse 1 Adresse 2 Adresse 3 Adresse 4 Discussion informelle entre individus indisciplinés : Dès qu ’un silence est détecté, celui qui désire parler prend la parole. Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

25 Chapitre 5 : Les principaux moyens d ’accès au médium
CSMA/CD CSMA/CA CSMA/CD = Carrier Sense Multiple Access Collision Detect : Collision destructive 1 - Détection de la collision 2 - Arrêt de transmission de la trame 3 - Emission d ’une trame de brouillage 4 - Attente d ’un temps aléatoire 5 - Ré-émission de la trame Ex : Ethernet CSMA/CA = Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance : Collision non destructive collision Notes : 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 Ex : CAN Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

26 Les concepts utilisés au niveau application
Chapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application Les concepts utilisés au niveau application Client - Serveur Producteur - Consommateur Types de traffic Notion de profil Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

27 Peux tu m ’envoyer la configuration voilà le fichier complet !
Chapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application Client - Serveur Se situe au niveau applicatif entre 2 équipements Le CLIENT est une entité demandant un service sur le réseau Le SERVEUR est l’entité qui répond à une demande d ’un client Requête Peux tu m ’envoyer la configuration du départ moteur N°3 STP ? SERVEUR CLIENT Réponse Pas de problème, voilà le fichier complet ! Notes : Ex : Modbus Necessite écriture programme dans l ’automate (requêtes) Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

28 Producteur - Consommateur
Chapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application Producteur - Consommateur Se situe au niveau applicatif entre 1 et plusieurs équipements Le PRODUCTEUR est une entité (unique) qui fournit une information. Le CONSOMMATEUR est une entité qui l ’utilise (plusieurs entités peuvent utiliser la même information). 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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

29 Variables cycliques : Variable acycliques : Types de traffic
Chapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application 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 d ’informations sans contrainte de temps. Notes : Ex : FIPIO , E/S en Cycliques, les paramètres et configurations en acycliques Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

30 Chapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application
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. Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

31 Chapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application
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... Notes : 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 caractérisriques de l ’équipement. Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

32 Extrait du fichier EDS CANopen TEGO Power Quickfit
Chapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

33 Les produits d'interconnexion
Chapitre 7 : Les produits d'interconnexion Les produits d'interconnexion Répéteur = Repeater Concentrateur = hub Switch Convertisseur = transceiver Pont = Bridge Routeur = Router Passerelle = Gateway Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

34 Répéteur - Hub - Switch 1 1 Notes :
Chapitre 7 : Les produits d'interconnexion Répéteur - Hub - Switch Répéteur = Repeater Permet l’extension d’un réseau par segments Il amplifie et rétablit le même type de signal Exemple = répéteur RS485 1 Segment 2 Segment 1 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) Notes : 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) Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

35 Transceiver - Bridge 1 2 Notes : 1
Chapitre 7 : Les produits d'interconnexion Transceiver - Bridge Convertisseur = Transceiver Permet l’extension d’un réseau par segments de nature différentes. Exemple = convertisseur RS232/RS485 1 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 Réseau 2 Réseau 1 2 Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

36 Routeur - Passerelle 3 2 1 7 Notes : 2
Chapitre 7 : Les produits d'interconnexion Routeur - Passerelle 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

37 ASi Historique ASi et le modèle ISO La couche physique
Chapitre 8 : ASi ASi Historique ASi et le modèle ISO La couche physique La couche liaison La couche application Les profils Points forts- points faibles Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

38 Chapitre 8 : ASi 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 » Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

39 Client / Serveur via requêtes Alimentation et communication
Chapitre 8 : ASi ASi et le modèle ISO 3 couches utilisées + des profils Interfaces E/S TOR génériques Capteurs TOR Départ moteurs E/S analogiques etc... 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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

40 Chapitre 8 : ASi La couche physique Medium : Câble plat jaune 2 fils avec détrompage Possibilité utilisation câble rond non blindé Topologie : Libre BUS (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 ( 5 ms 31 esclaves ) 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 AS-i Auxiliaire & ou Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

41 Les types de raccordement
Chapitre 8 : ASi Les types de raccordement 4 types de raccordement définis dans la charte ASi Schneider ~ Alimentation classique IP20 IP65 ASI- ASI+ Connecteur débrochable Prise vampire 24 V = + - AS-i + AS-i - Câble noir Esclave Alim. Données Bornier à vis ou à ressort ASI+ ASI- 5 2 3 4 1 Prise M12 Actionneur Câble jaune Notes : Esclave Données & alim. Capteur Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

42 Exemple d ’architecture
Chapitre 8 : ASi 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 Té Boîte à boutons Départ-moteur coffret Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

43 Echange maxi. de 4E & 4S sur un cycle
Chapitre 8 : ASi La couche liaison Méthode d ’accès au médium : Maître / Esclave Le temps de cycle AS-i est court et répétitif. Requête maître esclave :14 Bits X 6 µs = 84 µs Requête du maître P 1 Pause maître : 3 X 6 µs = 18 µs 6µs adresse de l'esclave commandes (sorties sur 4 bits) Maître Esclave Echange maxi. de 4E & 4S sur un cycle Pause esclave : 2 X 6 µs = 12 µs Notes : Réponse de l'esclave Réponse esclave maître :7 Bits X 6 µs = 42 µs Soit 156 µs x 31 = 4,8 ms P 1 état (entrées sur 4 bits) P=Parité Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

44 Chapitre 8 : ASi La couche liaison Liaison sécurisée : Codage : Manchester II Sin2 (MII sin2) 1 3 2 Notes : Non Retour au Zéro Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

45 Chapitre 8 : ASi La couche application Variables vues dans PL7: %I \ R.M.V \ I.X et %Q \ R.M.V \ I.X R: Rack M: Module V: Voie (0) I: Point de connexion 1  31 X: Voie 0  3 %I \ 4.0 \ 1.0 Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

46 Chapitre 8 : ASi 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

47 Les profils ASi V1 : 2 digits Profil = IO_code . ID_code
Chapitre 8 : ASi 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 Notes : 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) Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

48 Points forts - points faibles
Chapitre 8 : ASi Points forts - points faibles Points forts 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

49 CANopen Historique CANopen et le modèle ISO La couche physique
Chapitre 9 : CANopen CANopen Historique CANopen et le modèle ISO La couche physique La couche liaison La couche application Les profils Points forts- points faibles Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

50 Chapitre 9 : CANopen 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 Notes : 1991 : Naissance du CIA = CAN in Automation : pour promouvoir les applications industrielles Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

51 Chapitre 9 : CANopen 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

52 CANopen et le modèle ISO
Chapitre 9 : CANopen 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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

53 Medium : Paire torsadée blindée 2 ou 4 fils (si alimentation)
Chapitre 9 : CANopen La couche physique Medium : Paire torsadée blindée 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 max équipements : 128 1 maître et 127 esclaves Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

54 Chapitre 9 : CANopen 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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

55 Exemple d ’architecture
Chapitre 9 : CANopen 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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

56 La couche liaison Méthode d ’accès au médium : CSMA/CA
Chapitre 9 : CANopen 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

57 La couche liaison Taille maxi des données utiles : 8 octets par trame
Chapitre 9 : CANopen 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

58 La couche application 4 types de services standardisés :
Chapitre 9 : CANopen La couche application 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 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

59 Chapitre 9 : CANopen 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

60 La couche application Notes :
Chapitre 9 : CANopen La couche application Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

61 Chapitre 9 : CANopen 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

62 Structure du dictionnaire d ’objet
Chapitre 9 : CANopen Les profils Structure du dictionnaire d ’objet Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

63 Les profils CANopen définit 2 types de profiles :
Chapitre 9 : CANopen 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

64 Points forts - points faibles
Chapitre 9 : CANopen 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 d ’intégration dans PL7 Offre Schneider actuelle Non déterministe Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

65 DeviceNet Historique DeviceNet et le modèle ISO La couche physique
Chapitre 10 : DeviceNet DeviceNet Historique DeviceNet et le modèle ISO La couche physique La couche liaison La couche application Les profils Points forts - points faibles Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

66 Chapitre 10 : DeviceNet 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 Notes : : Développement et commercialisation par Allen Bradley (groupe Rockwell Automation) de produits DeviceNet. Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

67 Chapitre 10 : DeviceNet Historique 1995 : Création de l ’ODVA = Open DeviceNet Vendor Association : pour promouvoir et supporter techniquement les spécification DeviceNet. 1997 : L ’association comporte environ 200 sociétés membres et offrent une centaine de produits différents. 2002 : ODVA amorce le développement de spécifications pour intégrer des composants de sécurité.. Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

68 DeviceNet et le modèle ISO
Chapitre 10 : DeviceNet DeviceNet et le modèle ISO AC Drives HMI Communication adapter Etc... 7 APPLICATION DeviceNet Specifications Volume 1 7 APPLICATION CiA DS-301 = Communication profile CAL= CAN Application Layer 6 PRESENTATION EMPTY 6 PRESENTATION VIDE 5 SESSION EMPTY 5 SESSION VIDE 4 TRANSPORT EMPTY 4 TRANSPORT VIDE 3 NETWORK EMPTY Notes : 3 RESEAU VIDE 2 LINK = LLC + MAC CAN 2.0 A and B + ISO 11898 2 LIAISON = LLC + MAC CAN 2.0 A et B + ISO 11898 1 PHYSICAL CAN 2.0 A and B = ISO and 2 CAN 2.0 A et B = ISO et 2 DeviceNet Specifications Volume 1 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

69 Chapitre 10 : DeviceNet La couche physique Medium : 2 paires torsadées blindées fils pour la communication et 2 fils pour l ’alimentation Topologie : Type bus Avec dérivations courtes et résistance fin de ligne 120 ohms Distance maximum : 1000 m Débit : 3 débits possibles : 125, 250 ou 500 Kbits/s Fonction de la longueur du bus et de la nature du câble et de la consommation des produits Nbre max équipements : 64 nœuds maître (scanner) compris Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

70 Connecteurs Phoenix Combicon Connecteur Mini Style
Chapitre 10 : DeviceNet Connecteurs Tous les connecteurs doivent être équipés de 5 broches. Les connecteurs suivant sont préconisés : Notes : Phoenix Combicon Connecteur Mini Style ANSI/B93.55M­1981 MSTB 2.5/5­ST­5.08­AU : coté câble réseau MSTBA 2.5/5­G­5.08­AU : coté produit pins horizontales MSTBVA 2.5/5­G­5.08­AU : coté produit pins verticales Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

71 Connecteurs Connecteur Micro Style (M12) Notes :
Chapitre 10 : DeviceNet Connecteurs Notes : Connecteur Micro Style (M12) Style Lumberg RST 5­56/xm ou équivalent Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

72 Chapitre 10 : DeviceNet Taps IP20 Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

73 Chapitre 10 : DeviceNet Taps IP65 Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

74 Exemple d ’architecture
Chapitre 10 : DeviceNet Exemple d ’architecture Automate Allen Bradley Alim. 24 V Quantum Thin cable Résistance fin de ligne Tesys modèle U LUF P ATV58 TEGO POWER Modbus Notes : FTB FTB ATV28 ATS48 Résistance fin de ligne Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

75 La couche liaison Méthode d ’accès au médium : CSMA/CA
Chapitre 10 : DeviceNet 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 Strobe, système Maître_esclave. Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

76 La couche liaison Taille maxi des données utiles : 8 octets par trame
Chapitre 10 : DeviceNet La couche liaison Taille maxi des données utiles : 8 octets par trame Fragmentation possible si plus de 8 octets 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

77 La couche application 3 types de services standardisés :
Chapitre 10 : DeviceNet La couche application 3 types de services standardisés : 1 . Administration du réseau : paramétrage, démarrage, surveillance (maître-esclaves) 2 . Transmission de données de process de faible taille en temps réel : I/O messages Les I/O messages peuvent être transmis sur changement d ’état, cycliquement, ou sur réception du message Strobe ou par polling du maître.. 3 . - Transmission de données de paramétrage de grande taille (> 8 octets) par segmentation sans contrainte de temps : Explicit messages en mode client-serveur. Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

78 Allocation des identifiers
Chapitre 10 : DeviceNet Allocation des identifiers IDENTIFIER BITS DESCRIPTION 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Group 1 Message ID Source MAC ID Group 1 Messages 1 1 1 Source MAC ID Slave's I/O Change of State or CyclicMessage 1 1 1 Source MAC ID Slave's I/O Bit-Strobe Response Message 1 1 1 1 Source MAC ID Slave's I/O Poll Response Message Group 2 Message ID Group 2 Messages 1 MAC ID 1 Source MAC ID Master's I/O Bit-Strobe Command Message 1 Source MAC ID 1 Reserved for Master's Use -- Use is TBD 1 Source MAC ID 1 Master'sChg of state/cyclic acknowledge msgs Notes : 1 Source MAC ID 1 1 Slave's Explicit Response Messages 1 Destination MAC ID 1 Master's Connected Explicit Request Messages 1 Destination MAC ID 1 1 Master's I/O Poll Cmd/Chg of State/Cyclic Msgs 1 Destination MAC ID 1 1 Group 2 Only Unconnected Explicit Req.. Msgs 1 Destination MAC ID 1 1 1 Duplicate MAC ID Check Messages Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

79 Chapitre 10 : DeviceNet Les profils DeviceNet utilise une modélisation de type objet pour décrire : La liste des service de communication disponibles Le comportement de l ’équipement Un moyen standard de décrire comment accéder à des variables internes d ’un produit. Un nœud DeviceNet est modélisé comme une collection d ’objet. Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

80 Adressage des objets MAC ID Class ID Instance ID Attribute ID
Chapitre 10 : DeviceNet Adressage des objets DeviceNet utilise une méthode d ’adressage à 4 niveaux : MAC ID Class ID Instance ID Attribute ID Les variables d ’un nœud sont accessibles par un Path qui est composé de : Class ID Instance ID Attribute ID Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

81 Chapitre 10 : DeviceNet Fichier EDS La matérialisation d ’un profil DeviceNet se fait par un fichier EDS Electronic Data Sheet livré avec le produit. Ce fichier fournit dans un format précis la description de tous les objets constituant le produit. Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

82 Extrait du fichier EDS DeviceNet passerelle LUFP9
Chapitre 10 : DeviceNet Extrait du fichier EDS DeviceNet passerelle LUFP9 $ DeviceNet Manager Generated Electronic Data Sheet [File] DescText = "LUFP9 Gateway"; CreateDate = ; CreateTime = 10:31:30; ModDate = ; ModTime = 16:39:54; Revision = 1.02; [Device] VendCode = 90; $ Vendor Code ProdType = 12; $ Product Type ProdCode = 60; $ Product Code MajRev = 1; $ Major Rev MinRev = 3; $ Minor Rev VendName = "Schneider Electric Gateways"; ProdTypeStr = "Communications Adapter"; ProdName = "LUFP9"; Catalog = "LUFP9"; $ Parameter Class Section [ParamClass] MaxInst = 29; $ Max Instances - total # configuration parameters Descriptor = 0x00; $ Parameter Class Descriptor - No parameters CfgAssembly = 0x00; $ The config assembly is not supported. [Params] $ **************************************************************************** $ Polled production Param1= 0, $ parameter value slot 6, " ", 0x0002, $ descriptor (Scaling) 8, 1, $ USINT, 4 bytes "Polled production", $ parameter name "", $ units string "", 0, 5, 0, $ min, max, default (0) 0, 0, 0, 0, $ mult, div, base, offset scaling , , , , $ scaling links not used 0; $ decimal places $ Polled consumtion Param2= 0, $ parameter value slot 6, " ", "Polled consumption", $ parameter name "", $ units string 0, 5, 0, $ min, max, default (0) 0, 0, 0, 0, $ mult, div, base, offset scaling , , , , $ scaling links not used Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

83 Points forts - points faibles
Chapitre 10 : DeviceNet Points forts - points faibles Points forts Coût du point de connexion Grand choix de drivers Robustesse dans environnement perturbés Souplesse de paramétrage Points faibles Longueur du bus à 500 Kbits/s = 100m Offre Schneider Protocole marqué Allen Bradley Non déterministe et compliqué à mettre en oeuvre Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

84 Ethernet TCP/IP Modbus
Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

85 Historique Ethernet TCP - IP Modbus
Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus 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 % Ethernet 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 TCP - IP Notes : Modbus Schneider Transparent factory Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

86 Ethernet TCP/IP Modbus et le modèle OSI
Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus Ethernet TCP/IP Modbus et le modèle OSI Ethernet ne couvre que les 2 premières couches du modèle OSI 7 APPLICATION Modbus HTTP FTP BootP DHCP --- 7 6 PRESENTATION VIDE 6 PRESENTATION VIDE 5 SESSION VIDE 5 SESSION VIDE 4 TRANSPORT TCP VIDE 4 TRANSPORT VIDE 3 NETWORK IP VIDE 3 RESEAU VIDE Notes : 2 LINK = LLC + MAC CSMA/CD 2 LIAISON = LLC + MAC CAN 2.0 A et B + ISO 11898 1 PHYSICAL Ethernet V2 ou 802.3 CAN 2.0 A et B = ISO et 2 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

87 Distance maximum : Fonction du médium et du débit
Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus 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 : 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

88 Supports de transmission
Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus Supports de transmission Ethernet est disponible sur trois types de médium : Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

89 Utilise la connectique RJ45
Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus 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. Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

90 Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus
Chapitre 3 : Le modèle ISO 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. Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

91 Exemple d ’architecture
Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus Exemple d ’architecture Anneau optique redondant 200 M bits/s Full-duplex Switch Switch Switch Premium Transceiver Fibre optique Quantum Hub Transceiver Boucle optique Hub Notes : Quantum Momentum Magelis Momentum Altivar 58 Altistart 48 Altivar 38 Momentum Altivar 58 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

92 Couches liaison réseau transport
Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

93 Les principaux protocoles application
Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

94 Protocoles application
Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

95 Les classe d ’implémentation Transparent Ready
Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus 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 Notes : 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 et d ’un suffixe ASCII concernant la couche physique. Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

96 Les classe d ’implémentation
Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus 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 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 Web services level 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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

97 Services Web Server Web Client Client Notes :
Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus Services Web Server Web Client Maintenance B R Monitoring B R E Diag B R E Doc B R Conf B Server A : without Web B : Web Basic C : Web Configurable D : Web Active E : Web Distributed Web level A Web level A Web level B Web level Z Web level C Web level Y Web level D Web level X Client A : without Web Z : Web Basic Y : Web Regular X : Web Active W : Web Distributed Notes : optional mandatory Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

98 Services utilisateurs et communication
Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus 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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

99 Points forts - points faibles
Chapitre 11 : Ethernet TCP/IP Modbus Points forts - points faibles Points forts 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

100 Profibus-DP Historique Profibus-DP le modèle ISO La couche physique
Chapitre 12 : Profibus-DP Profibus-DP Historique Profibus-DP le modèle ISO La couche physique La couche liaison La couche application Les profils Points forts- points faibles Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

101 Naissance de Profibus (PROcess FIeld BUS).
Chapitre 12 : Profibus-DP Historique En 1987, le ministère fédéral allemand pour la recherche et le développement technologique crée un groupe de travail "Field Bus" fédérant 13 entreprises dont SIEMENS et 5 instituts de recherche. Naissance de Profibus (PROcess FIeld BUS). PROFIBUS est géré par une association d'utilisateurs qui regroupe des constructeurs, des utilisateurs et des chercheurs : le CLUB PROFIBUS. Les clubs d'utilisateurs dans 20 des plus grands pays industrialisés offrent le support dans la langue du pays. Ces centres de compétences sont fédérés par l'organisation "PROFIBUS International" (PI) qui compte plus de 750 membres. Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

102 Les 3 versions de Profibus
Chapitre 12 : Profibus-DP Les 3 versions de Profibus ProfiNet Notes : Profibus-PA Profibus-DP Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

103 FDL = Fieldbus data link
Chapitre 12 : Profibus-DP Profibus et le modèle ISO Profiles FMS Profiles DP Fonctions DP 7 6 5 4 3 2 1 Application FMS = Fieldbus message specif. Présentation Session Transport Réseau Notes : Liaison FDL = Fieldbus data link Physique RS485 ou fibre optique Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

104 La couche physique Topologie : Bus avec terminaisons de ligne actives
Chapitre 12 : Profibus-DP La couche physique Topologie : Bus avec terminaisons de ligne actives Distance maximum : Dépend du medium et du débit Minimum : 100 m à 12 Mbits/s sans répéteur Maximum : 4800 m à 9.6 kbits/s avec 3 repeteurs Débit : 9,6 Kbits/s à 12 Mbits/s Nbre maxi. Stations : 32 sans répéteurs 124 avec 3 repeaters Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

105 Les types de raccordement
Chapitre 12 : Profibus-DP Les types de raccordement IP20 IP65 5 2 3 4 1 Prise M12 Femelle coté produit A B Han-Brid Préconisation DESINA Notes : Sub D 9 points Femelle coté produit avec terminaison de ligne ou pas Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

106 Exemple d ’architecture
Chapitre 12 : Profibus-DP Exemple d ’architecture Quantum Premium Répéteur ATV58 TEGO POWER Fins de ligne Momentum Fin de ligne Notes : FTB1DP FTB1DP FTB1DP Fin de ligne Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

107 Couche liaison PROFIBUS utilise une méthode d’accès hybride
Chapitre 12 : Profibus-DP Couche liaison PROFIBUS utilise une méthode d’accès hybride La communication entre stations actives est basée sur le concept d’anneau à jeton. Les stations passives (esclaves) utilise le concept maître-esclave. Stations actives = équipements maîtres Notes : Stations passives = équipements esclaves Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

108 Anneau à jeton Maître - Esclave
Chapitre 12 : Profibus-DP Anneau à jeton Le concept d ’anneau à jeton garantit que l ’accès au bus est donné à chaque équipement maître dans une fenêtre de temps prédéfinie. Le jeton est un télégramme particulier émis par un maître qui doit circulé vers les autres maîtres de l ’anneau dans un temps maximum configurable. Maître - Esclave Le concept maître-esclave permet au maître en possession du jeton d ’accéder aux esclaves qui lui sont assignés (les stations passives) ainsi qu ’aux autres maîtres (messagerie FMS). Les messages émis à destination des esclaves et leurs réponses associées sont appelés PPO : Parameter Process Object. Notes : Profibus-DP peut fonctionner avec un seul maître (mono master mode). Le coupleur maître Profibus-DP Premium ne supporte pas la communication maître à maîttre (FMS). Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

109 Chapitre 12 : Profibus-DP
Description du PPO Le maître émet une requête cyclique à l’esclave Le maître reçoit une réponse cyclique de de l’esclave 1er mot 1er mot Zone échanges apériodiques optionnelle Zone échanges apériodiques optionnelle PKW PKE PKW PKE PWE PWE PZD PZD1 PZD2 PZD3 PZDn PZD PZD1 PZD2 PZD3 PZDn COMMANDe DU MAITRE REPONSE ET STATUS DE L’ESCLAVE Zone échanges périodiques Zone échanges périodiques Dernier mot Dernier mot Tous les mots sont échangés cycliquement, mais les échanges apériodiques sont utilisés quand nécessaire. PKW = Parameter - Kennung - Wert = Paramètre - Adresse - Valeur PKE = Parameter - Kennung = Adresse du paramètre PWE = Parameter - Wert = Valeur du paramètre dont l’adresse est contenue dans PKE PZD = Prozeßdaten = Données de process NOTES Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

110 Utilisation des PKW NOTES Sortie PKE :
Chapitre 12 : Profibus-DP Utilisation des PKW Sortie PKE : Bits 0 à E : Adresse de la variable Bit F : = 0 Ecriture ou lecture unique = 1 Ecriture ou lecture permanente Sortie R/W : = 16#0052 = Read = 16#0057 = Write Sortie PWE : = Si écriture : Valeur à écrire Entrée PKE : Copie de la valeur de sortie PKE Entrée R/W/N : = 16#0052 Lecture correcte = 16#0057 Ecriture correcte = 16#004E Erreur de lecture ou d ’écriture Entrée PWE : : Si lecture correcte valeur de la variable : Si écriture correcte copie de la valeur sortie PWE : Si erreur = 0 : adresse incorrecte = 1 : écriture refusée NOTES Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

111 Chapitre 12 : Profibus-DP
La couche application Echanges des données : Process : échanges cycliques Paramètres, diagnostic : apériodiques (PKW) Taille maxi des données : 244 octets de PPO Interopérabilité : Produits certifiés par l’organisation Profibus Interchangeabilité : Profils de communication et d’application Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

112 Profils de communication DP
Chapitre 12 : Profibus-DP Profils de communication DP Trois types de stations sont définis : DP master class 1 (DPM1) : Controleur programmables comme automates, PC... DP master class 2 (DPM2) : Outil de développement ou de diagnostic DP slave : Equipement périphérique réalisant des échanges cycliques avec “sa” station active. NOTES Le module Profibus-DP TSX PBY 100 Premium est un sous ensemble de DPM1 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

113 Profils application DP
Chapitre 12 : Profibus-DP Profils application DP Les profils application complétent le standard pour un champ d’appication donné. Exemples : Commandes numériques et robots Basé sur des diagrammes séquentiels, les mouvements et les commandes sont décrits sous l’angle de l’automatisme. Codeurs Basé sur le raccordement des codeurs rotatifs, angulaires et linéaires, et basé sur la définition de fonctions (mise à l’échelle, diagnostics, etc.). PROFIDRIVE variateurs de vitesse Basé sur les fonctions de base du variateur :les commandes et états variateurs sont décrits. Contrôle de process et supervision (HMI) Il spécifie la liaison des équipements de conduite (et supervision) avec des constituants d’automatismes de niveau supérieur. Il utilise les fonctions étendues de PROFIBUS-DP concernant la communication. NOTES Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

114 Chapitre 12 : Profibus-DP
Fichiers GSD Les caractéristiques d ’un équipement PROFIBUS sont décrites sous la forme d ’une « electronic device data sheet » (GSD) dans un format prédéfini. Les fichiers GSD doivent être fournis par tous les fabricants d ’équipements PROFIBUS. Spécifications générales Cette section contient des informations sur le fabricant, le nom du produit, les versions hardware et software, les débits supportés, etc... Spécifications relatives aux maîtres Cette section contient tous les paramètres relatifs aux maîtres, comme le nombre maximum d ’esclaves, les options de chargement déchargement. Cette section n ’existe pas pour les équipements esclaves. Spécifications relatives aux esclaves Cette section contient les spécifications relatives aux esclaves comme le nombre et le type de variables d ’E/S, les textes de diagnostic, les informations sur les modules présents pour les produits modulaires... NOTES Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

115 Points forts - points faibles
Chapitre 12 : Profibus-DP Points forts - points faibles Points forts Nombre d ’équipements connectés dans le monde Facilité d ’utilisation des variables périodiques et apériodiques Facilité d ’intégration (fichier GSD) Diagnostic Points faibles Faible distance à haut débit Système PKW ne permet d ’atteindre qu ’un seul paramètre à la fois Nécessité d ’utiliser un configurateur externe : Sycon Déconnexion des produits en fin de ligne peut perturber tous le bus. Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

116 FIPIO Historique FIPIO et le modèle ISO La couche physique
Chapitre 13 : FIPIO FIPIO Historique FIPIO et le modèle ISO La couche physique La couche liaison La couche application Les profils Points forts- points faibles Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

117 http://www.worldfip.org/ Historique
Chapitre 13 : FIPIO Historique A l’origine, on trouve un groupe de travail piloté par la Mission Scientifique et Technique du Ministère de l’Industrie et de la Recherche comprenant les constructeurs TELEMECANIQUE, MERLIN GERIN, CGEE, ALSTHOM et CSEE. Ce groupe a travaillé durant les années à la spécification de FIP. L ’association de constructeurs et d ’utilisateurs WorldFIP a été créée en sous le nom de CLUB FIP. WorldFIP est conforme aux standards EN et IEC Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

118 FIPIO et le modèle ISO Notes :
Chapitre 13 : FIPIO FIPIO et le modèle ISO Variateurs DRIVECOM HMI MMI COM Séquenceurs de soudage Etc... 7 APPLICATION Canal données processus + messagerie PCP 7 APPLICATION CiA DS-301 = Communication profile CAL= CAN Application Layer 6 PRESENTATION EMPTY 6 PRESENTATION VIDE 5 SESSION EMPTY 5 SESSION VIDE 4 TRANSPORT EMPTY 4 TRANSPORT VIDE 3 NETWORK EMPTY Notes : 3 RESEAU VIDE 2 LINK = LLC + MAC Maître esclave avec trame unique (registre à décalage) 2 LIAISON = LLC + MAC CAN 2.0 A et B + ISO 11898 1 PHYSICAL RS 485 CAN 2.0 A et B = ISO et 2 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

119 Medium : Paire torsadée blindée ou fibre optique
Chapitre 13 : FIPIO La couche physique Medium : Paire torsadée blindée ou fibre optique Topologie : Type bus Avec raccordement par chaînage ou dérivations + terminaisons de fin de ligne Distance maximum : 1000 m pour un segment électrique 3000 m pour un segment optique m avec répéteurs électriques Nbre répéteurs¨+ Nbre stations =< 36 Nbre répéteurs x 0,5 + somme des longueurs en Km < 22 Débit : 1Mbits/s Quelle que soit la longueur du câble Nbre max équipements : 127 1 maître et 126 esclaves 32 équipements max par segment Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

120 Connectique SUBD-9 points standardisée
Chapitre 13 : FIPIO Connectique SUBD-9 points standardisée SUBD-9points mâle coté produit Notes : Vers câble FIPIO principal ou vers boitier de dérivation Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

121 Exemple d ’architecture Démarreurs-contrôleurs modèle U
Chapitre 13 : FIPIO Exemple d ’architecture Premium E/S Momentum Magelis TBX IP20 Démarreurs-contrôleurs modèle U LUFP1 Fin de ligne Modbus Fin de ligne 24 V ATV28 ATS48 TBX IP67 Micro Notes : Convertisseurs électique-optique Passerelle ASi 24 V Fin de ligne Fin de ligne ASi Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

122 Chapitre 13 : FIPIO La couche liaison Méthode d ’accès au médium : Maître / esclaves (arbitre de bus) La configuration du système indique à l ’arbitre de bus la liste des variables (identifieurs) à scruter ainsi que leur périodicité (informations contenues dans le profil des équipements) Modèle de communication : Echanges périodiques : Producteur / Consommateur Lorsque l ’arbitre de bus demande la diffusion d ’une variable (identifieur) le producteur unique de cette variable se reconnaît et la diffuse. Le ou les stations consommatrices la captent, l ’arbitre de bus passe à l ’identifieur suivant. Echanges apériodiques : Client / Serveur Après traitement des échanges périodiques, l ’arbitre de bus traite les requêtes apériodiques stockées dans une file d ’attentes dédiée (liste d ’identifieurs). Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

123 Chapitre 13 : FIPIO La couche liaison Macro-cycle2 Macro-cycle1 Occupation bande passante 100 % cycle élem n°1 n°2 n°3 n°4 n°5 n°6 n°7 n°8 F E D C B A Echanges Apériodiques Variables Cycliques t Notes : Chaque variable est scrutée à son propre rythme sans perturbation par les échanges apériodiques. Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

124 Les familles de profils
Chapitre 13 : FIPIO Les familles de profils 3 familles de profils sont définis : FRD = FIPIO Reduced Device Profile FSD = FIPIO Standard Device Profile FED = FIPIO Extended Device Profile Le choix du profil est fonction : du nombre de variables cycliques à échanger du nombre de variables de configuration du nombre de variables de réglage du nombre de variables de diagnostic de la structure de l ’équipement Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

125 Répartition des profils
Chapitre 13 : FIPIO Répartition des profils Profil standard Variables cycliques Acquisition des entrées Pilotage des sorties Variables de configuration Variables de réglage Commandes Commande spécifique Diagnostic Validité des entrées Status spécifique FRD 2 mots - 1 octet FSD 8 mots 16 mots 32 mots - 1 octet FED 32 mots 30 mots 8 mots 1 octet Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

126 Syntaxe de dénomination des profils
Chapitre 13 : FIPIO Syntaxe de dénomination des profils 4 champs permettent d ’identifier un profil : FSD C8 P Possibilité Paramétrage Famille Structure Nbre E/S Notes : FRD Reduced FSD Standard FED Extended C Compact M Modulaire 2 Mots 8 Mots 32 Mots P Possibilité paramétrage - Pas de paramètrage Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

127 Points forts - points faibles
Chapitre 13 : FIPIO Points forts - points faibles Points forts Longueur du bus : 15 km à 1Mbits/s Connexion par chaîne ou dérivation Facilité d ’utilisation Niveau d ’intégration dans PL7 Points faibles Peu de produits disponibles Pas de modification possible de la taille des variables cycliques Système de messagerie UNITE non standardisé Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

128 Interbus Historique Interbus et le modèle ISO La couche physique
Chapitre 14 : Interbus Interbus Historique Interbus et le modèle ISO La couche physique La couche liaison La couche application Les profils Points forts- points faibles Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

129 Chapitre 14 : Interbus Historique Spécifications du protocole par Phoenix Contact Commercialisation premiers produits Création de l ’association internationale Interbus Club 1983 1985 1987 1990 1993 2001 Premiers prototypes Premiers profils Homologation EN réseaux installés millions de nœuds connectés produits Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

130 Interbus et le modèle ISO
Chapitre 14 : Interbus Interbus et le modèle ISO Variateurs DRIVECOM HMI MMI COM Séquenceurs de soudage Etc... 7 APPLICATION Canal données processus + messagerie PCP 7 APPLICATION CiA DS-301 = Communication profile CAL= CAN Application Layer 6 PRESENTATION EMPTY 6 PRESENTATION VIDE 5 SESSION EMPTY 5 SESSION VIDE 4 TRANSPORT EMPTY 4 TRANSPORT VIDE 3 NETWORK EMPTY Notes : 3 RESEAU VIDE 2 LINK = LLC + MAC Maître esclave avec trame unique (registre à décalage) 2 LIAISON = LLC + MAC CAN 2.0 A et B + ISO 11898 1 PHYSICAL RS 485 CAN 2.0 A et B = ISO et 2 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

131 Medium : Double paire torsadée blindée
Chapitre 14 : Interbus La couche physique Medium : Double paire torsadée blindée 1 paire pour la réception, 1 paire pour l ’émission Topologie : Type anneau Ressemble vu de l ’extérieur à une topologie bus le câble de connexion contenant l ’aller et le retour du signal. Distance maximum : 400 m entre 2 équipements 12,8 km au total Débit : Kbits/s Nbre max équipements : 512 Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

132 Les différents type de bus
Chapitre 14 : Interbus Les différents type de bus Bus local ( Local Bus TTL ) ( conçu pour une installation économique d'une sous station déportée dans une armoire ) - 8 équipements maxi - 1,5 m maxi entre 2 équipements - Long totale: 10m - courant maxi: 800 mA Bus interstation ( remote bus ): ( Bus principal ) - RS 485 point à point - 256 équipements maxi - 400 m maxi entre 2 équipements - Long totale: 12,8 Km Tête de station IP20 pour bus local Bus inter station en dérivation ( remote bus ) Tête de station : 170 BNO (IP20) Bus Installation ( Installation bus ) ( variante du bus inter station + tension d'alimentation des capteurs ) - RS 485 - Avec alim. 24 V, 4,5 A maxi - 40 modules E/S max. - 50 m maxi entre 2 équipements - Long totale: 50 m Interbus sensor loop ( raccordement direct des capteurs numériques et analogiques sur Interbus-S par l'intermédiaire d'une tête de station ) - 1 paire non blindée + 24 V - 32 équipements maxi - 10 m maxi entre 2 équipements - Long totale: 100 m Notes : Tête de station IP 65 pour bus installation - Régénère les données - fournit le 24 V / 4,5 A Tête de station : 170 ENO (IP65) Pas d'équipements Schneider sur bus local ni sur "sensor loop" Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

133 Les types de raccordement
Chapitre 14 : Interbus Les types de raccordement IP20 IP65 Sub D 9 points IN Prise M12 IN 1 5 4 3 5 6 9 1 2 Mâle coté produit Mâle coté produit 5 1 4 3 2 Prise M12 OUT Femelle coté produit Sub D 9 points OUT 5 1 Notes : 9 6 Femelle coté produit Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

134 Exemple d ’architecture 400 m max entre chaque produits
Chapitre 14 : Interbus Exemple d ’architecture Bus inter stations 400 m max entre chaque produits FTB FTB Premium TEGO POWER ATV50 Tête de station Bus installation IN OUT 24 V 50 m maxi. IN OUT FTB FTB Bus inter stations Notes : 400 m max Tête de station Bus installation 50 m maxi. 24 V Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

135 La couche liaison Méthode d ’accès au médium : Maître / esclaves
Chapitre 14 : Interbus La couche liaison Méthode d ’accès au médium : Maître / esclaves Transmission d ’une trame unique dans la quelle les données capteurs (entrées) et les données actionneurs (sorties) sont réunies. Cette trame unique est gérée comme un registre à décalage de 256 mots maximum. Chaque esclave (station) est un élément du registre. La structure de la trame est hybride : elle assure le support de 2 classes de données (32 mots maximum par équipement) : les données cycliques du processus (mots périodiques d'entrée/sortie de l'esclave), et les données acycliques de paramétrage (espace mémoire fixe). Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

136 Les échanges acycliques
Chapitre 14 : Interbus Les échanges acycliques Les données acycliques sont transmises par le protocole PCP. PCP = Peripherals Communication Protocol qui fragmente les données de paramétrage. Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

137 Chapitre 14 : Interbus Les profils Les profils Interbus définissent pour une famille de produits : la reconnaissance de l ’équipement par son code d ’identification le format des informations de commandes (sorties) et des mots d ’état (entrées) échangées le graphe d ’état L ’intégration d ’un nouvel équipement dans l ’outil de configuration réseau CMD Tool ne peut se fait par enrichissement d ’une base de données gérée par PHOENIX CONTACT (pas d ’EDS file). Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

138 Points forts - points faibles
Chapitre 14 : Interbus Points forts - points faibles Points forts Très bonne utilisation de la bande passante Localisation des défauts Interopérabilité garantie car outil de configuration unique (CMD Tool). Points faibles Echanges acyclique très lent. Pas de diffusion Pas de mode dégradé : en cas de défaut d ’un équipement, tous les échanges s ’arrêtent. Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

139 Modbus Historique Modbus et le modèle ISO La couche physique
Chapitre 15 : Modbus Modbus Historique Modbus et le modèle ISO La couche physique La couche liaison La couche application Les profils Points forts- points faibles Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

140 Chapitre 15 : Modbus 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

141 Modbus liason série et le modèle ISO
Chapitre 15 : Modbus 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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

142 Modbus 802.4 Anneau à jeton RS485 Modbus Plus et le modèle ISO
Chapitre 15 : Modbus 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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

143 CSMA / CD ETHERNET V2 ou 802.3 Ethernet TCP/IP Modbus
Chapitre 15 : Modbus 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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

144 Medium : Paire torsadée blindée
Chapitre 15 : Modbus 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 max équipements : 255 Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

145 Connectiques préconisés par Schneider TIA/EIA-485 / SUB-D 9 points
Chapitre 15 : Modbus Connectiques préconisés par Schneider TIA/EIA-485 / RJ45 TIA/EIA-485 / SUB-D 9 points Notes : Femelle coté produit Femelle coté produit Mâle coté produit Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

146 Exemple d ’architecture Départs moteurs Tesys U
Chapitre 15 : Modbus 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 Té Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

147 La couche liaison Méthode d ’accès au médium : Maître / esclave
Chapitre 15 : Modbus La couche liaison Méthode d ’accès au médium : Maître / esclave Méthode de transmission : Client / serveur Le maître est client, l ’esclave est serveur. L ’échande 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

148 Modbus ASCII et Modbus RTU
Chapitre 15 : Modbus 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 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

149 Structure d ’une trame Modbus
Chapitre 15 : Modbus 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 Fonction Data Checksum CR LF 3A Hex 0D Hex 0A Hex Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

150 Exemple de trame en mode RTU
Chapitre 15 : Modbus 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 Code Fonct.= 3 Adresse 1er mot Nombre de mots à lire CRC16 Réponse : Notes : 1 octet 1 octet 2 octets 2 octets 2 octets 2 octets Adresse Esclave Code Fonct.= 3 Nombre d’octets lus Valeur du 1er mot Valeur du dernier mot CRC16 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

151 Les classes d ’implémentation
Chapitre 15 : Modbus 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

152 Points forts - points faibles
Chapitre 15 : Modbus Points forts - points faibles Points forts Faible coût d ’implémentation Offre Schneider Niveau d ’intégration dans PL7 Points faibles Necessité d ’écrire du programme pour accéder à une variable. Relaltivement lent Pas de communication directe d ’esclave à esclave. Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

153 Comparaison au niveau physique
Chapitre 16 : Tableau comparatif des différents réseaux Comparaison au niveau physique Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

154 Comparaison au niveau liaison et application
Chapitre 16 : Tableau comparatif des différents réseaux Comparaison au niveau liaison et application Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

155 Chapitre 17 : Aperçu de l ’offre de communication IA
Automates Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

156 Contrôle industriel Notes :
Chapitre 17 : Aperçu de l ’offre de communication IA Contrôle industriel Notes : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

157 Les étapes de mise en œuvre Câblage de l ’installation
Chapitre 18 : La fonction communication traitée par PL7 Les étapes de mise en œuvre 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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

158 Les étapes de mise en œuvre
Chapitre 18 : La fonction communication traitée par PL7 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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

159 Les différents types d’échanges
Chapitre 18 : La fonction communication traitée par PL7 Les différents types d’échanges L ’ajout dans l ’automate d’un module de communication enrichit l ’application d ’objets. Ils peuvent 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

160 Objets implicites Notes :
Chapitre 18 : La fonction communication traitée par PL7 Objets implicites 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 : Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

161 Objets explicites Notes :
Chapitre 18 : La fonction communication traitée par PL7 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 Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006

162 Fonctions de communication
Chapitre 18 : La fonction communication traitée par PL7 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 Equipement n READ_VAR SEND_REQ Notes : Emplacement mémoire interne applicative %MW paramétré dans la requête Mémoire tampon * %La requête permet de paramétrer à quel équipement on s ’adresse et où sont rangées les données. Agence Nationale Enseignement Réseaux locaux Industriels - 10/ 2006