Études d’approfondissement M2GI Option SRR IUP Modélisation et Simulation des Systèmes Industriels spécialité Génie des Systèmes Industriels option monétique et traçabilité. J’ai travaillé depuis 2 ans autour de la carte à puce, notamment à travers 3 stages : 1 mois programmation Java Card 6 mois Smart premium (Interconnexion IP d’un lecteur de cartes à puce) - système embarqué - liaison série/liaison Ethernet Jérémie NOWAK jeremie.nowak@free.fr UJF/IMA/DRTGI/M2GI/SRR http://ufrima.imag.fr/ Année Universitaire 2003-2004

Applications et Réseaux de capteurs DRT GI Applications et Réseaux de capteurs 6 mois sur le développement d’un lecteur de cartes à puce faible consommation sous Java - Programmation processeur intégrant une machine virtuelle Java « cablée » - fonctionnalité TCP/IP Le sujet de la présentation d’aujourd’hui est « … » Jérémie Nowak 4 novembre 2003

Applications et réseaux de capteurs Présentation Les applications traitent les données des capteurs Objectifs conceptuels Sûreté de fonctionnement et Sécurité Orientation de développement de systèmes d’exploitation Objectifs techniques Techniques de réseaux de transmission de données Électronique et systèmes embarqués Assurer l’observation Développement des systèmes d’exploitation spécifiques la sûreté de fonctionnement des systèmes automatisés à intelligence distribuée requière une connaissance approfondie des réseaux de terrain actuellement sur le marché, associée à un retour d’expérience relatif à leur mise en œuvre. Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications et réseaux de capteurs Plan Le cadre Applications La problématique Le réseau CAN Exemples Synthèse et conclusion < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Problématique | Applications | Cadre Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications et réseaux de capteurs Le cadre Évolution des services Solution en émergence : réseau Ethernet Plus de 50 spécifications de Réseau de Terrain Cohabitations des réseaux de terrain Évolution des besoins industriels Conception, installation, exploitation Maintenance, évolution < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Problématique | Applications | Cadre Pas de réseaux de Terrain « polyvalent » Garantir la sûreté de fonctionnement Réduire les coûts Gain de productivité Standardiser les constituants Conception Faciliter le développement - Modulariser l'installation Diminuer le montant des investissements Garantir la sûreté de fonctionnement (Sécurité - Disponibilité - Fiabilité - Maintenabilité) Installation Réaliser rapidement l'installation - Simplifier la mise en service - Economiser sur le câblage. Exploitation Optimiser la production - Minimiser les coûts - Augmenter la qualité des produits fabriqués - Permettre une meilleure traçabilité Maintenance Réduire et planifier les opérations - Diminuer les temps improductifs - Diagnostiquer - Standardiser les constituants. Evolutions Permettre des extensions sans difficulté. Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications et réseaux de capteurs Constituants Entrées/Sorties numériques Capteurs Température Pression Lumière Actionneurs Automatique Commande de robots industriels Mécanique Systèmes hydrauliques < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre Détecteurs de grandeurs physiques Applications industrielles - Machines : UC (logiciel + electronique) + stylet (mecanique) 1 processeur/ capteurs réseaux de capteurs partie du programme de l’application sera distribuée Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications et réseaux de capteurs Problématique Bus de Terrain Unité contrôle Moteur X Liaison série < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre Réseau de Terrain Logiciel, électronique, puissance, mécanique, moteurs Abaisser les coûts La miniaturisation des processeurs permet d'envisager d'associer un processeur à chaque capteur individuel et de créer ainsi des réseaux de capteurs dans lesquelles une grande partie du programme de l'application sera distribuée. Moteur Z Moteur Y Moteur X Unité contrôle CAN Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications et réseaux de capteurs Besoins Faciliter le déploiement Diminuer le montant des investissements Garantir la sûreté de fonctionnement Simplifier la mise en service Standardiser les constituants < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre Économiser sur le câblage Permettre des extensions sans difficulté PLC = Programmable Logique Commande Gain de productivité : diminution du temps de mise en route de l’installation et Par conséquent, d’une augmentation de la productivité : délais bref entre l’intégrateur, le constructeur et le site définitif Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Critères stratégiques Normes et standards ISO Principaux fabricants et utilisateurs Profils : Communications entre différents équipements Certification Disponibilité Composants Logiciels Prestation de services Diffusion Perspectives d’avenir Domaine d’application typique < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre En fonction de … Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications et réseaux de capteurs Critères de choix Topologiques Longueur maximale Distance entre les éléments : f(Répéteurs, Type de médium) Topologie (bus, étoile, anneau) Temporels Vitesse de transmission (pas confondre avec le débit réel de transfert) Temps de réaction : f(Nombre d’abonnés, Longueur du réseau, Médium) Possibilité de synchronisation Techniques Nombre maximal d’équipement Mode d’adressage Longueur des informations (Efficaces) Fonctions (multicast, broadcast) Sûreté de fonctionnement – réaction en cas de défaillance – reprises Implémentation du protocole – Télé-alimentation < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre Et distance maximale entre deux composants du réseau Ne doit pas être confondue avec le débit réel de transfert sur le bus qui lui dépend de l’efficacité du protocole Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Positionnement des réseaux de terrain Bus Modbus Bus d'équipement Actionneurs Capteurs ASI profibus DP Profibus FMS WorldFIP CanOpen Complexe Simple DeviceNet Interbus Loop Ethernet LonWorks < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre Sources : CIAM Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications industrielles réparties : Distribution électrique Chaînes d’assemblage Tri de marchandises Fabrication de matières premières Commandes de machines (textile, agroalimentaire…) Équipement de bâtiments (Home Vacuum Cleaner) < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Multiplexage : réseau pour l’automobile < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre L'ESP (Electronic Stability Program) agit sur l’antiblocage des roues (ABS) L’anti-patinage (ASR : gère le moteur, meilleure motricité) Le répartiteur électronique de freinage (EDC : dose le ralentissement sur chaque roues pour éviter le tête-à-queue Capteurs qui vérifient 150 fois par seconde la vitesse des roues Application réparties : Diagnostic de véhicules à distance http://golfy.free.fr/voitures/fonctionnement/bus_info.html http://www.lucas-nuelle.de/index.cfm/page/1000/title/Syst%C3%A8me_de_formation_aux_r%C3%A9seaux_CAN.htm Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications et réseaux de capteurs L’historique du CAN 1983 :  Développement CAN : Bosh GmH 1985 : Spécification/relations avec les fondeurs de silicium 1987 : Premier échantillon de circuit intégré 1989 : Premières applications industrielles 1993 : Création du groupe CiA 1995 : Création du groupe OVDA aux USA 1996 : Début des applications dans les contrôles moteurs des voitures haut de gamme européennes 1997 : Multiples sources de composants 1998 : Finalisation de la norme ISO 11898 2000 : Émergence du CAN dans l’industrie < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre problèmes de communication en temps réel / unités électroniques embarquées à bord des véhicules automobiles OVDA open deviceNet vendor association Can in automation OSEK Open Strass … Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications et réseaux de capteurs Control Area Network Multiplexage Environnement pollué « électromagnétiquement » 30 V/m dans un véhicule Mécanisme d’acquittement et de détection d’erreurs « Multi-Maître » Identificateur 11 bits CAN2.0_a 29 bits CAN2.0_b < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre Technique permettant de faire passer plusieurs communications sur un même canal/support de transmission. Le multiplexage peut s'opérer en fréquence en utilisant différentes fréquences pour les différentes communications ou temporellement en allouant une tranche temporelle (slot) périodique à chaque communication Accès de plusieurs émetteurs au meme support de communication Pour assurer le routage du message, son contenu est repéré par un un identificateur capable de décider si le message l’intéresse ou non -> Message filtering A = 11 bits 11898-A B = 29 bits Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications et réseaux de capteurs CAN dans OSI/OSI < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre International Standard Organisation / Open System Interconnection 0 – câble, fils de cuivre – topologie du réseau – impédances de terminaisons ou adaptation des réseaux – types de prises… 1 – quel façon le signal est transmis – représentation du bit NRZ manchester – synchronisation – simple fils ou paire différentielle 2 – MAC Medium Access Control – gestion des erreurs de transmission, de la prise d’accès à la couche physique, mise en trame du message - Logical Link Control – controle de l’integrité du format, notification des messages 3 – routage 4 – assure l’insterconnexion entre systèmes : contrôle de flux, fragmentation des messages, contrôle d’erreurs 5 – initialisation, synchronisation, terminaison du dialogue, ici cela se fait par nom symbolique et non par adresses réseaux 6 – codage de l’information 7 – drivers spécifiques de communication pour les programmes utilisateurs – paramètres fonctionnels et la description de l’interface Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications et réseaux de capteurs Types de liaison « Source-Destinataire » Point à point Synchronisation difficile « Producteur-Consommateur » Broadcast < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre Source Destination Données CRC Identificateur Données CRC Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications et réseaux de capteurs Trame de données Champ d’arbitrage Champ de CRC Champ de ACK 1 11 6 0 … 8x8 3 15 7 Début de trame Champ de commande Champ de données Fin de trame Intermission < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre CAN P48 Delimiter bit Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Détection de collisions L’écoute des messages => Comparaison avec le message envoyé Message reçu  Message envoyé  une autre unité essaie d'émettre L'unité ayant la plus grande priorité ré-émettra son message Les autres unités passent en mode réception Pour détecter la collision, la valeur binaire 0 écrase la valeur 1 < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre 00001100111 ESP 00001001000 ABS 00001001000 Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Interopérabilité Interchangeabilité Pupitre Contrôleur Interopérabilité < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre Capteur A Communication de manière intelligible avec d’autres équipements Changé ou remplacé par un autre constructeur Capteur B Interchangeable Actionneur Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Système d’automatisme Internet Application réparties : Contrôle à distance IHM : Interface Homme / Machine Superviseur < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre Bus de Terrain Configuration Capteurs Intelligents Actionneurs Intelligents Procédé Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications domestiques Serveur fournisseur de services Société de surveillance < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre Distributeur d’électricité … serveurs de gestion de base de données pour conserver les mesures et effectuer des traitements, organisation d'une application. Serveur opérateur de la passerelle Internet Passerelle Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications et réseaux de capteurs Synthèse technique Perspectives Nouvelles applications Regroupement de services Orientation vers les systèmes répartis Développement de systèmes embarqués Utilisation grand public des capteurs/actionneurs < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre Je sais que Java n’en a plus que pour 5 ans, mais l’industrie est toujours en retard de 10 ans sur les nouvelles technologies alors… Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Conclusion Apports Procédés Réseau de terrain Réseau local Internet Serveurs Service s Services Capteurs/Actionneurs Apports Gestion de projet Travail en équipe Formation du DESS GI Liens avec l’entreprise Applications industrielles Besoins quotidiens < Conclusion | Synthèse | Exemples | CAN | Applications | Problématique | Cadre Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications et réseaux de capteurs Références Ciame - Réseaux de terrain – Hermes Comité Interprofessionnel pour l’Automatisme et la MEsure Dominique Paret - Le Bus CAN Applications - DUNOD Konrad Etschberger – Controller Area Network Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs

Applications et réseaux de capteurs Des questions ? P.D.A. ça veut dire quoi ? Jérémie Nowak Applications et réseaux de capteurs