FACULTE DES SCIENCES DE LA TECHNOLOGIE ET SCIENCES DE LA MATIERE DEPARTEMENT GENIE ELECTRIQUE Exposer sur le bus d’instrumentation et le bus de donnée Dirigé par :  Mr.KAFI. Présenté par:  FERHI BRAHIM.  CHAIB ZAKARIA  FARSI YAZID Année universitaire: 2011/2012 Première année master automatique

Plan de travail

Définition: BUS : au sens informatique industrielle, conducteur ou ensemble de conducteurs communs à plusieurs circuits permettant l’échange de données entre eux Un BUS est constitué de plusieurs lignes : ligne de données : liaison bidirectionnelle qui assure le transfert des informations entre un élément et un autre. ligne d’adresses : liaison bidirectionnelle qui permet la sélection des informations à traiter dans un emplacement mémoire qui peut avoir 2n emplacements. lignes de commandes : liaison pour assurer la synchronisation des flux d’informations sur les bus de données et d’adresses

Structure générale d’un bus

Décodage d’adresses La multiplication des périphériques autour du microprocesseur oblige la présence d’un décodeur d’adresse chargé d’aiguiller les données présentes sur le bus de données En effet, le microprocesseur peut communiquer avec les différentes mémoires et les différents boîtier d’interface. Ceux-ci sont tous reliés sur le même bus de données et afin d’éviter des conflits, un seul composant doit être sélectionné à la fois. Lorsqu’on réalise un système microprogramme, on attribue donc à chaque périphérique une zone d’adresse et une fonction « décodage d’adresse » est donc nécessaire afin de fournir les signaux de sélection de chacun des composants.

Décodage d’adresses

Types de liaisons Les systèmes à microprocesseur utilisent deux types de liaison différentes pour se connecter à des périphériques : liaison parallèle liaison série On caractérise un type de liaison par sa vitesse de transmission ou débit (en bit/s). Liaison parallèle Dans ce type de liaison, tous les bits d’un mot sont transmis simultanément. Ce type de transmission permet des transferts rapides mais reste limitée à de faibles distances de transmission à cause du nombre important de lignes nécessaires (coût et encombrement) et des problèmes d’interférence électromagnétique entre chaque ligne (fiabilité). La transmission est cadencée par une horloge

Types de liaisons Liaison série Dans ce type de liaison, les bits constitutifs d’un mot sont transmis les uns après les autres sur un seul fil. Les distances de transmission peuvent donc être plus beaucoup plus importantes mais la vitesse de transmission est plus faible. Sur des distance supérieures à quelques dizaines de mètres, on utilisera des modems aux extrémités de la liaison.

Port Série ( I2C,SPI, RS 232 et UART ) : Bus système série : I2C, SPI Les transmissions système de type série sont plus rare mais elles permettent de relier entre eux un certain nombre de circuits de façon simple (circuit imprimé simplifié : appareil économique). Très utilisés dans les systèmes industriels pour lesquels le temps de traitement n'est pas critique. Port Série (RS 232 et UART ) : Utilisé pour connecter une grande variété de Périphériques (imprimante série, souris, appareils industriels, etc…). Il peut être configuré de différentes manières, tant en ce qui concerne la rapidité des échanges, qu'en ce qui concerne le format des mots transmis ou le contrôle de la parité. Ceci nécessite de la part de l'utilisateur une bonne connaissance des réglages de l'appareil connecté. Le Port RS 232 est destiné aux liaisons entre 2 appareils. Ce n'est donc pas exactement un bus (bus sous entend une information distribuée à un

IDE,EIDE,AGP,SCSI. Bus de périphériques (internes) : IDE, EIDE, AGP, SCSI,// Ces bus permettent de relier une interface (contrôleur) de l'ordinateur à des périphériques. Les liaisons sont essentiellement parallèles et permettent l'échange d'information avec les disques durs conformes aux Spécifications ATAPI (AT Attachement Paquet Interface). Le standard SCSI (Small Computer System Interface) est une interface qui nécessite une carte ²(adaptateur SCSI). Il existe deux types de bus SCSI : // asymétrique et // différentiel (attention aux signaux électriques différents).

Pour que deux ordinateurs puissent communiquer entre eux, un protocole de transmission bien précis doit être respecté pour que l'émetteur et le récepteur se comprennent. Il s’agit avant tout de reconnaître les données utiles (caractère, mot, message) des données de contrôle (autres bits). Le format d’une trame est le suivant.

bus d’instrumentation Bus d'instrumentation GPIB, (IEEE 488) C'est une liaison de type parallèle, souvent appelée GPIB (General Purpose Interface Bus), permettant de connecter entre eux jusqu'à 15 appareils (souvent des appareils de mesurage). Le système comporte un contrôleur qui joue le rôle d'arbitre, mettant en communication un parleur qui envoie des informations sur le bus, avec un ou plusieurs écouteurs qui les reçoivent. Chaque appareil possède une adresse individuelle (programmable par l'utilisateur à l'aide de commutateurs) qu'il est capable de reconnaître sur le bus. Un appareil peut donc avoir une ou plusieurs des fonctions suivantes : contrôleur : gestion des échanges sur le bus, parleur : émission d'informations sur le bus, écouteur : réceptions des informations présentes sur le bus. Exemple : relevé automatique de la caractéristique directe d'une diode

Bus de terrain TERRAIN : indique quelque chose de limité ou délimité géographiquement (usine, atelier, voiture...) RESEAU : ensemble de lignes de communication qui desservent une même unité géographique niveau d’abstraction supérieur (gestion, diagnostics, maintenance...) BUS / RESEAU DE TERRAIN : Terme générique d’un nouveau réseau de communication numérique dédié Réseau bidirectionnel, multibranche série reliant différents types d’équipements d’automatisme : E/S déportées Capteur / Actionneur Automate programmable Calculateur

La besoin On a toujours eu un besoin de transmettre un signal analogique depuis le capteur (analogique) Au début les ingénieurs ont eu de grandes difficultés à trouver un signal électrique qui pouvait être transmis sur des fils sans introduire des erreurs. L'utilisation d'une simple variation de tension n'était pas assez fiable car un changement dans la longueur et la résistance des fils avait pour conséquence de modifier la valeur mesurée Lorsque la boucle 4-20 mA est arrivée, elle est rapidement devenue le standard car elle a pu être très précise et ne pas être affectée par la résistance des fils et par les variations de la tension d'alimentation

Boucle 4-20 mA REALISATION: Pour réaliser la boucle 4-20 mA, il faut au moins 4 éléments : l'émetteur l'alimentation de la boucle les fils de la boucle le récepteur Ces 4 éléments sont connectés ensemble pour former une boucle

La boucle 4-20 mA La boucle analogique de courant 4-20 mA est l’ancêtre du réseau de terrain apparu dans les années 60, C ’est donc un réseau de transmission de données analogiques Il n ’ a pas été complètement normalisé (notamment au au niveau connectique...) BUT: La boucle de de courant 4-20 mA est un moyen de transmission permettant de transmettre un signal analogique sur une grande distance sans perte ou modification (notable) de ce signal Avantage et inconvénient : Réduction massive du câblage : 1 seul câble en général pour tous les équipements au lieu d’un par équipement Possibilité de réutiliser le câblage analogique existant dans certains cas Réduction du temps d’installation Réduction du matériel nécessaire à l’installation

Le passage vers un Bus de terrain

composant de la boucle L ’EMETTEUR L'émetteur est composé d'un capteur qui va mesurer les grandeurs physiques comme la température, la pression... et d'un émetteur de courant 4-20 mA L'émetteur convertit la valeur mesurée par le capteur en un courant compris dans l'intervalle 4-20 mA On a un courant de 4 mA pour la première valeur de l'échelle de mesure du capteur et 20 mA pour la dernière mesure du capteur exemple : si on a un capteur qui doit mesurer une température de 40 °C à 100 °C, 4mA correspondra à 40 °C et 20 mA à 100 °C Si on lit 0 mA, la boucle ne fonctionne plus ou il y a une erreur dans la boucle L ’ALIMENTATION L'émetteur doit être alimenté pour fonctionner. Ceci est réalisé à l'aide des deux fils de la boucle Le courant de 0 à 4 mA de la boucle sert pour l'alimentation du circuit émetteur (l'émetteur doit donc consommer moins de 4 mA) La plupart des émetteurs sont alimentés en 24 V mais certains de bonne qualité n'ont besoin que de 12V

composant de la boucle LES FILS DE LA BOUCLE: Deux fils relient tous les composants ensemble Il y a quatre conditions pour le choix de ces fils : très faible résistance bonne protection contre la foudre ne pas subir de tension induite par un moteur électrique ou un relais avoir également une seule mise à la masse, plusieurs masses rendraient la boucle inopérante car une petite fuite de courant de masse dans la boucle risquerait d'affecter l'exactitude de la boucle Boucle de courant 4-20 mA LE RECEPTEUR: On a au moins un récepteur dans la boucle (afficheur digital, une table d'enregistrement…) Ils se comportent tous comme une charge résistive Il peut y avoir plus d'un récepteur dans la boucle tant qu'il y a assez de tension pour alimenter la boucle Boucle de courant 4-20 mA

Les Constructeurs Bus

Références

la normalisation de bus de terrain

classification de bus de terrain Généralement, on regroupe sous le terme «bus de terrain» tous les bus de communication industriels On distingue néanmoins par complexité décroissante : Le bus d’usine : réseau local industriel basé sur Ethernet de type MAP ou TOP (se rapproche du réseau local IP) Le bus de terrain («Feld Bus») Le bus de bas niveau («Sensor Aktor Bus») : MAP : Manufactoring Automation Protocol TOP : Technical and Office Protocol IP : Internet Protocol

Les couche OSI

Couche OSI et bus de terrain Le couche d’application 7: Interface entre l’utilisateur et le service de communiation – Définition d’application normalisées (messagerie…)

Exemple

Normalisation de bus de terrain 1960 : boucle analogique 1970 : processeur : contrôle centralisé 1980 : contrôle distribué, capteurs intelligents 1994 : WorldFIP (World Factory Information Protocol, Europe) et ISP (Interoperable System Project, E.-U.) fusionnent : FF (Fieldbus Foundation) 1992 : définition de la couche physique 1998 : couches liaison, application : non abouti Apparition de solutions propriétaires devenues standards de fait (Interbus, ASI, Lonworks)

conclusion avantageInconvénient Communications numériques Données disponibles partout Accès direct entre deux équipements Structure distribuée Interopérabilité importante grâce à la standardisation Modélisation du réseau : Topologie physique ↔ vue logique standardisation matérielle et logicielle Accès au bus Gestion des erreurs Topologie du réseau, longueur, débit Support physique Investissement en équipement Compatibilité pas assurée entre ≠ fournisseurs Choix entre technologies propriétaires ou standards

Les couche OSI Le couche physique 1: Mode de représentation des données – Spécifications mécaniques et électriques – Synchronisation, détection des erreurs au niveau bit Le couche liaison 2: 1er niveau de contrôle de la transmission : service de transmission sécurisée – Structuration des données sous forme de trames – Détection et correction (retransmission) des erreurs détectées par le niveau 1 Couche réseau 3: Structuration en paquets – Routage – Acheminement des données – Gestion de la congestion dans le réseau Couche transport 4: Gestion du dialogue entre deux noeuds actifs – Formatage des données sous forme de message (→ niveau 3) – Deux modes de connexion : Mode connecté : connexion de bout en bout sécurisée avec multiplexage de voies possible Mode non connecté : service datagramme (non fiable) Couche session 5: Structuration du dialogue dans la session établie – Masquage des problèmes de transmission Couche Présentation des données 6: manipulées par les applications (cryptage, format, compression…)

Normalisation de bus de terrain

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