Historique 1980 :Existence de protocole de communication (RS232) entre automate et console de programmation Bus de terrain Naissance des bus industriels Flexibilité, fiabilité machines, contrôle qualité, flux informations (technique/administratif).

Contexte industriel: Just in time ou « Production à flux tendus » Cycle de vie d’un produit ? : 3 … 4 ans pour une voiture, 1 an ? pour un PC Flexibilité des Cellules de production Flexibilité de l’automatisation au niveau: des machines (robots, …) des systèmes de commande (PLC, …) des systèmes de communication (bus, …) sur le terrain (ex. bus capteurs) entre niveaux hiérarchiques (contrôle qualité/logistique)

N3: Gestion de production: Système d’information Contexte Industriel Objectif = Accès direct à l’information: Voulue Au moment voulu A l’endroit voulu nécessite: une architecture informatique ouverte (le « PLC » doit pouvoir communiquer) un système de communication ouvert (vis-à-vis de l’hétérogénéité du matériel) un ensemble de « progiciels » de contrôle pour exploiter l’information N0: es constituants Commander et protéger: Les préactionneurs Actionner et mesurer: Les capteurs et actionneurs N1: La commande: Commande: Traitement et dialogue Maintenance: Configuration et diagnostic N2: Supervision: Conduite, optimisation Et surveillance N3: Gestion de production: Ordonnancement et suivi de prouction (qualité, suivi des moyens) N4 Système d’information De l’entreprise: Gestion globale

Aspects économiques Etude Schneider Avenir proche: 50 à 60% des automates de taille moyenne ou grosse (> 128 i/o) utiliseront la technologie bus de terrain • Périphérie «intelligente » (capteurs, …) => réduction de 15 à 20% des nombres d’i/o gérées par le PLC

Avantages du Bus de Terrain Simplification et réduction des raccordements et câbles Simplification du projet Economie de temps et d’argent Flexibilité Réduction des erreurs de câblage Gain de temps pour la mise en service Diagnostic d’erreur plus rapide Système offrant une meilleure vue d’ensemble Extensions futures réalisées en un minimum de temps

Avantages du Bus de Terrain Étude : • Le bus de terrain favorise l’approche modulaire de l’automatisme (ex.: un bus « adapté » par cellule) • Bus normalisés: grande indépendance vis-à-vis du matériel connecté (PLC, terminaux, capteurs, …) • mais: il faut distribuer l’alimentation jusqu’aux modules i/o périphériques Avantages du Bus de Terrain Réalisation : • Diminution drastique du câblage (et m. d’œuvre) • Diminution des coffrets, armoires, … • Mise en service plus rapide • mais: matériel plus coûteux Exploitation : • Décentralisation de l’intelligence au niveau 0: sécurise l’opérateur et minimise son temps de réponse (maintenance préventive, …) • mais: besoin de m.o. plus qualifiée

Bus: variétés /hiérarchie Sensor bus = bus « capteurs/actionneurs » Déterministe, Temps de réponse très court, Actions « réflexe »ex: AS-I Device bus = bus de périphérie d’automatismes • Inter-automates • Orientés manufacturiers : inter maîtres intra/inter cellules • Haute vitesse et détérministes ex. : Profibus DP Field bus = bus interunités de traitement • Synchronisation Cellules (PLC, PC, …) • Orientés process continus, basse vitesse ex. : Modbus, Profibus FMS Data bus = bus informatique • Réseaux informatiques plutôt que réseau d’automatismes • Le plus haut niveau • Pas déterministe ex. : Ethernet/TCPIP

Propriétés essentielles des bus (point de vue « industriel ») • Vitesse de transmission rapide ? : dépend des performances Automates / du type d’information (flux, taille) à transmettre ex. AS-I: 167 Kbits/sec - messages de 4 bits • Fiabilité Le niveau d ’exigence doit être nettement supérieur à celui de l’informatique. • Flexibilité Systèmes de communication: souple vis-à-vis d ’extensions, de modifications, de répartition géographique des équipements • Coût Il faut un intérêt financier (étude, réalisation, exploitation) • Transparence et compatibilité C’est LA « raison d’être » de l’ISO pour faire face à la multitude des équipements (automates, distributeurs pneumatiques, robots, CNC, ..) et des bus (50!)

Moyens de Communication Objectifs: Transmission rapide et fiable de bits (0 ou 1) représentant de l’information codée (ex. codage ASCII sur 7 bits) Types de communication: Communication parallèle ou série 1. Communications parallèles Tous les bits sont transmis en parallèle à l’aide d’autant de canaux (« fils ») binaires. Ces canaux sont exploités en mode BUS, càd qu ’un même fil peut servir à tour de rôle pour un transfert entre éléments différents (ex. processeur-mémoire, interface-mémoire, … etc)

2. Communications séries : pour bus de terrain

Le support Physique

Topologie des réseaux Etoile Adaptée aux réseaux où les équipements sont regroupés en îlots => peu de problèmes de collision (ex.: terminaux/ordinateur, …, PLC/ilôts distributeurs) Anneau Tous les points sur disposés, sur une boucle fermée. L’information circule dans le même sens. (typique des protocoles d’accès à jetons; ex. Interbus) Bus Nœuds greffés en parallèle sur un câble unique. La panne d’un nœud n’affecte pas le réseau. Trafic et gestion conflits plus importants. (ex. réseau Ethernet, réseau AS-I)

Quelle type d’architecture 1. Contrôle d’accès centralisé : un Maître / plusieurs Esclaves Le maître « interroge » successivement les esclaves qui n’ont pas d’initiative. garantit les délais d’accès (déterministe) OK pour applications à temps critiques (ex. AS-I, Profibus DP, monomaître) 2. Contrôle d’accès décentralisé: Multi-maîtres Protocole à compétition : les maîtres interrogent aléatoirement le bus - nécessite une gestion des conflits (ex. DeviceNet, Ethernet) Protocole à jeton : un jeton d’accès (trame) circule sur le bus : la station qui possède le jeton peut alors émettre. déterministe et sans problème de conflit mais … attente du jeton.

ASI Quelques chiffres • 32 points de connexion - 124 E/S Origine: 1990 : Association de 11 constructeurs spécialisés dans les capteurs/actionneurs (Festo, Siemens, Sick,…) pour définir un système de transmission commun pour capteurs et actionneurs => concept AS-i: « Actuator Sensor Interface - Association AS-I fondée en 1992 Quelques chiffres • 32 points de connexion - 124 E/S • câble jaune plat à 2 fils ; 100 m sans répétiteur • 167 Kbits/sec ; cycle : 4.8 msec • Longueur du message : 4 bits • Applications: manufacturiers Caractéristiques • Type : Bus / maître-esclaves, Topologie : libre (bus, étoile, anneau) • Le maître (ex.: coupleur PLC) interroge tous les esclaves de façon cyclique (4.8 msec) • Chaque esclave peut être AS-i (intelligent) ou non (4 capteurs passifs)

Le Maître travaille comme un PLC (Affectation: %I0.0.0) Les esclaves peuvent être ajoutés ou enlevés sans créer de problèmes au niveau de l’ensemble du câblage de l’installation

Aspects Pratiques

Aspects Pratiques 2 Câble auto-cicatrisant Déplacement facile de l’esclave

Coûts 2 x connexions AS-i, 2x 7 min = 14 min 2 x bornes, 2x 3 min = 6 min Préparer et fixer le presse-étoupe = 10 min 2 x modules d’entrée, prix par module Support de câble AS-i Câble AS-i 30 bornes, 30x3 min =1.5 heures 30 marquages de fils, 30x 2 min =1 heure Câblage du connecteur à 15 broches =0,5 heure Connecteur à 15 broches Boîtier de raccordement

Conclusions Décentralisation de l’intelligence: accroissement de la nécessité bus de terrain Normalisation / Standards de fait : quelques bus vont se démarquer et s’imposer : Sensor bus : AS-i ? Device bus : Profibus DP ! Field bus : Profibus FMS ? Data bus : Ethernet ! Grande réticence actuelle vis-à-vis du bus : Approche très séduisante mais Arguments économiques pas 100 % convaincants