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

Historique D'OU CA VIENT ?Il convient de rappeler l'existence d'un décret daté du 23 août 1947 qui définit les précautions à observer par les utilisateurs de grues de chantiers. Dans les années 1970/1980 certains chantiers comme les chantiers de construction de centrales nucléaires sur lesquels on dénombre souvent 30 grues et plus enregistrent des accidents graves voire mortels. Au début des années 80 apparaissent les premiers dispositifs d'aide à la conduite, essentiellement basés sur de l'électronique analogique. Le 07/07/1987, en France une circulaire du ministère des affaires sociales et de l’emploi pose les conditions générales d'utilisation des grues à tour dont les zones d'actions se recoupent. C'est à la fin des années 80, suite aux progrès importants réalisés en électronique numérique qu'apparaissent les premiers systèmes à microprocesseurs qui permettront l'essor des systèmes ANTI-COLLISION. Les progrès techniques accomplis et l'expérience acquise depuis la circulaire de 07/87 entraînent le législateur à publier la note technique du 06061991qui apporte les précisions nécessaires ou indispensables pour tous.

Les riques d'accidents - collisions - survols de zones

GRUES - Les Mouvements ORIENTATION DISTRIBUTION TRANSLATION

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

GRUES - Interférences et survol de zone

3 8 1 4 GRUES - Réseau Inter-grues liaison Radio Jusqu’à 16 grues, numérotées de 1 à 16.... Longueur réseau fil: 2000 mètres maxi Fil

GRUES - Cycle de traitement Temps de cycle : 300 ms Lecture des capteurs de la grue locale Traitements Pilotage des actionneurs de la grue locale Temps d’attente Position des autres grues (Réseau Inter-grues)

Informations à transmettre: GRUES - Cycle de traitement GRUES - Cycle général - La trame d’informations 1 2 3 4 5 octets Informations à transmettre: - N° de la grue:.. 4 bits - Orientation:...... 12 bits - Distribution:..... 12 bits - Translation:..... 12 bits Temps de cycle divisé par 16 : 300ms / 16 = 18,75 ms 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 attente Temps de cycle : 300 ms

Données GRUES - Exemple de trame Réseau CAN 18,75 ms maximum 1 2 3 4 5 Début de trame Espace intertrame Données Identifieur Commande C.R.C. Fin de trame 1 2 3 4 5 Informations à transmettre: - N° de la grue:.. 4 bits - Orientation:...... 12 bits - Distribution:..... 12 bits - Translation:..... 12 bits

18,75 ms maximum imposé Données GRUES - Vitesse de transmission Début de trame Espace intertrame Données Identifieur Commande C.R.C. Fin de trame 1 12 6 40 15 10 3 bits de données 47 bits 18.75ms / 87 bits = 0.21ms par bit => 1 / 0.21ms = 4,64Kb/s à 20 Kbits / s => facteur 4

GRUES - Distances en fonction de la vitesse de transmission (réseau CAN) Débit Kbits / s 1600 1000 100 10 5 Valeur maximale du protocole CAN 20 Kbit / s 4000 m 10 100 1000 10 000 mètres Longueur du réseau (mètres)

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

GRUES - Architecture système (réseau) Microprocesseur Driver RS 485 Fil Constructeur Microprocesseur Driver FIP Transformateur Controleur FIP Fil FIP FIPART Microprocesseur Controleur CAN Driver CAN Fil CAN 80C250 82527 Intel Philips Modèle ISO ..... Couche 7 Application..........Couche 2 liaison..... Couche 1 Physique

Controleur CAN uP Intel 82527 2 Opto Couche 2 liaison GRUES - Couche Physique liaison CAN Exemple : Support Fil paire torsadée avec Isolation Optoélectronique +5V= +5V= Isolé Controleur CAN Intel 82527 Driver CAN uP 82C250 Filtres 2 Opto HCPL7101 Couche 2 liaison Couche 1 Physique Couche 7 Application

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

Les capteurs et actionneurs ORIENTATION DISTRIBUTION Les capteurs et actionneurs sont reliés au système par le réseau CAN Légende - 3 capteurs de position - Commande des relais de coupure - Tableau de bord - Homme mort - Shunt Réseau interne Système Capteurs TRANSLATION Actionneurs

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

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

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

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

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

Application Grues Groupes d’Identifieurs On accepte de gérer 16 grues dont 12 en interférences 0 « 1 « 2 Alarmes 3 « 4 Grue 1 5 Grue 2 6 Grue 3 7 Grue 4 8 Grue 5 9 Grue 6 10 Grue 7 11 Grue 8 12 Grue 9 13 Grue 10 14 Grue 11 15 Grue 12 16 Grue 13 17 Grue 14 18 Grue 15 19 Grue 16 20 « 21 « 22 « 23 « 24 « 25 « 26 Messages 27 « 28 « 29 « 30 « 31 « Définition de 32 groupes de trames définies par des identifieurs numérotés selon le 5 bits les plus forts.

Application Grues Identifieurs pooling Application Grues Identifieurs 82527 Arbitration Groupe (5 bits H) 15 Messages 11010 26 14 Grue 12 10000 16 13 Grue 11 01111 15 12 Grue 10 01110 14 Définition de 32 groupes fonction des 5 bits High de l’identifier 2.0A 11 bits 11 Grue 9 01101 13 10 Grue 8 01100 12 9 Grue 7 01011 11 8 Grue 6 01010 10 7 Grue 5 01001 9 6 Grue 4 01000 8 5 Grue 3 00111 7 82527 4 Grue 2 00110 6 Global Mask 3 Grue 1 00101 5 11111 000000 IR 2 Alarmes 00010 2 1

Application Grues Calculs 1 trame de donnée composée de 87 bits (+ 15% marge) soit 100 bits La distance donnée est de 3.3 Km pour 20Kb/s A 20Kb/s une trame donne: 100 bits * 50us = 5ms pour 18 trames (16 données + 1 message + 1 alarme) : 5ms*18= 90ms Le temps de cycle est de 300ms soit 300 / 90 = 3.33 facteur multiplicatif La somme des retards (time bit) doit être inférieure à 300ns Calculs ci-dessus donnés pour support physique fil paire torsadée (5ns/m) Rappel pour L: L= v_prop *( ( 66% * baud rate)/2) - T_elec) L = 0.2 m/ns * (((0.66 * 50 000 ns ) / 2 ) - 300ns) = 3240 mètres nota: 3280 mètres pour 100ns

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