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 Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

2 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 Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

3 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 Emission Réception 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. Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

4 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 : Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

5 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 Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

6 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. 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. Notes : Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

7 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 : Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

8 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 : Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

9 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 : Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

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 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 Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

11 Description du modèle OSI
Chapitre 3 : Le modèle ISO Description du modèle OSI ISO = International Organization for Standardization COUCHE APPLICATION 7 Protocole : définit un langage commun d ’échanges entre les équipements (sémantique et signification des informations) STATION Exemple : Modbus  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 Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

12 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 : Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

13 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. 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. Notes : 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. Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

14 Quelques standards paire torsadée
Chapitre 4 : Les supports physiques Quelques standards paire torsadée RS232 : Liaison point à point par connecteur SUB-D 25 broches. Distance < 15 mètres, débit < 20 kbits/sec. 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. RS485 : Bus multipoint half duplex (bi directionnel alterné) sur 2 fils. Mêmes caractéristiques que RS422A mais sur 2 fils. Notes : Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

15 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) Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

16 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 : Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

17 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 Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

18 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 Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

19 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 : Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

20 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 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 Notes : Ex : CAN Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

21 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 : Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

22 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) Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

23 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 Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

24 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 Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

25 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 Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

26 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 pouvant 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 : Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

27 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 Equipement 1 Equipement 2 Equipement n Bus 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 Notes : Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

28 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 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 Equipement 1 Equipement 2 Equipement n Bus Notes : * %Mwxy : Avec x = Numéro Rack - y = Numéro enplacement de coupleur de communication Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003

29 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 READ_VAR Equipement n SEND_REQ Emplacement mémoire interne applicative %MW paramétré dans la requête Mémoire tampon Notes : * %La requête permet de paramétrer à quel équipement on s ’adresse et où sont rangées les données. Industrial Automation - Customer View - Services - Formation PhW - Intro_RLI_fr - 09 / 2003