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P. Y. EL MOURABIT 1 Filière : Génie Mécatronique Ecole Nationale des Sciences A

P. Y. EL MOURABIT 1 Filière : Génie Mécatronique Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Tétouan Elément du module : Supervision et communication industrielle Cours Réseaux Locaux Industriels - Partie 2- Année universitaire 2021/2022 P. Y. EL MOURABIT 2 Filière : Génie Mécatronique Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Tétouan Elément du module : Supervision et communication industrielle Table des matières I. Introduction ..................................................................................................................................... 3 II. Le Bus “Control Area Network” CAN ............................................................................................ 3 1. Description générale .................................................................................................................... 3 2. Domaines d'application ............................................................................................................... 4 3. La norme Can Open .................................................................................................................... 5 3.1. Can Open utilise des trames courtes .................................................................................... 5 3.2. Can Open permet une transmission fiable ........................................................................... 5 3.3. Can Open supprime les pertes de temps .............................................................................. 5 3.4. Can Open : Performance et flexibilité ................................................................................. 5 3.5. Can Open autorise une baisse des coûts .............................................................................. 5 4. Présentation du fonctionnement de CAN .................................................................................... 6 4.1. Le bus CAN ........................................................................................................................ 6 4.2. Le protocole CAN et couches OSI ...................................................................................... 7 4.3. Support de transmission ...................................................................................................... 7 4.4. Caractéristiques physiques .................................................................................................. 8 5. Codage de l’information et Stuffing ............................................................................................ 9 6. Les informations transmises sur le Bus ....................................................................................... 9 III. Trame de données (Data frame) ................................................................................................ 10 1. Constitution d'une trame de données ......................................................................................... 10 2. Début de trame et champ d'arbitrage ......................................................................................... 11 3. Champ de commande ................................................................................................................ 12 4. Champ de données ..................................................................................................................... 12 5. Champ de CRC .......................................................................................................................... 12 6. Champ d'acquitement ................................................................................................................ 14 7. Champ Fin de trame .................................................................................................................. 14 IV. Trame de requête (Remote frame) ............................................................................................. 15 1. Constitution d'une trame de requête .......................................................................................... 15 2. Champ d'arbitrage...................................................................................................................... 15 3. Arbitrage trame de requête et trame de données ....................................................................... 15 V. Bibliographies ............................................................................................................................... 16 LISTE DES FIGURES .......................................................................................................................... 16 LISTE DES TABLEAUX ..................................................................................................................... 16 P. Y. EL MOURABIT 3 Filière : Génie Mécatronique Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Tétouan Elément du module : Supervision et communication industrielle I. Introduction Depuis les années 1960 la longueur de câble utilisée dans une automobile ne cesse de croître pour dépasser 2000 m à la fin des années 1990. Le nombre des connexions atteint 1800 à cette même date. La fiabilité et la sécurité sont menacées. Les normes en matière de pollution et de consommation d’énergie, de sécurité (ABS, ESP, AIR-BAG …) et la demande de confort (mémorisation des réglages de conduite, climatisation régulée par passager, système de navigation…) obligent les constructeurs à multiplier les capteurs et actionneurs intelligents dans leur véhicules accélérant ce processus de multiplication des câbles et connexions depuis une vingtaine d’années. La société BOSCH développe dès le début des années 1980 une solution de multiplexage des informations circulant à bord de la voiture. Le bus CAN (Control Area Network) est alors développé et sera normalisé dès 1983. En 1985, Mercedes commercialise la première voiture (classe S) équipée d'un bus CAN et de cinq unités de calcul. Aujourd'hui, beaucoup de véhicules sont totalement multiplexés. Leurs réseaux permettent de relier entre plus d'une trentaine de calculateurs. II. Le Bus “Control Area Network” CAN 1. Description générale Le bus CAN (Controller Area Network) est un bus système série développé par Bosch pour l’automobile. La très bonne immunité aux perturbations électromécaniques associée à la fiabilité de la transmission en temps réel a suscité l’intérêt des industriels. En 1991, naît le consortium CIA (= CAN in Automation). Son objectif est de promouvoir l’application de CAN dans l’industrie. En 1993, le CIA publie les spécifications CAL = CAN Application Layer qui décrivent les mécanismes de transmission sans préciser quand et comment les utiliser. En 1995, le CiA édite le profil de communication DS-301 : CANopen. Plusieurs couches applications de niveau 7 sur la Figure 1 ont été définies sur la norme CAN: Can Open. DeviceNet. CAL. SDS. CAN Kingdom. Enfin en 2001, la publication par le CIA de la DS-304 permis d’intégrer des composants de sécurité de niveau 4 sur un bus Can Open standard (CANsafe). P. Y. EL MOURABIT 4 Filière : Génie Mécatronique Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Tétouan Elément du module : Supervision et communication industrielle Figure 1. Les couches du bus CAN 2. Domaines d'application Le CAN est un réseau de terrain (ou réseau embarqué) qui occupe aujourd'hui une position de leader sur le marché automobile. D’autres secteurs utilisent également le bus CAN : véhicules industriels matériel agricole bateaux avions production industrielle automatismes la domotique … Figure 2. Le domaine d'applications de bus CAN P. Y. EL MOURABIT 5 Filière : Génie Mécatronique Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Tétouan Elément du module : Supervision et communication industrielle 3. La norme Can Open 3.1. Can Open utilise des trames courtes Grâce à sa grande immunité aux perturbations électromagnétiques (EMI), Can Open, permet à la machine ou à l’installation d’effectuer un travail précis, même dans un environnement de fortes interférences. Les trames courtes Can Open et la connexion “CAN ground” fournissant les mêmes possibilités pour chaque équipement connecté au réseau, protègent contre les perturbations électromagnétiques (EMI). 3.2. Can Open permet une transmission fiable Lorsqu’un équipement Can Open transmet ses données, le système génère et prend en compte automatiquement la priorité du message. La perte d’un télégramme à cause de problèmes de collision est impossible, et la perte de temps en attendant le prochain état inactif (idle) du réseau est évité. Can Open permet une transmission de données absolument fiable. Ceci constitue une des raisons pour lesquelles Can Open est utilisé dans les équipements médicaux nécessitant des réseaux fiables. 3.3. Can Open supprime les pertes de temps Les pertes de temps sont toujours consommatrices de temps et d’argent. CANopen est conçue afin de réduire ces pertes de temps autant que possible. Avec sa distance de “Hamming” de 6, Can Open possède une très bonne détection d’erreur, et un très bon mécanisme de correction. Dans le cas où le réseau détecte une condition d’erreur, le chien de garde est la première possibilité de surveillance de l’état de l’équipement. Chaque message de diagnostic contient la source et la raison de l’erreur, ce qui permet une réaction rapide et une réduction des pertes de temps. Un diagnostic supplémentaire est développé pour améliorer le diagnostic des équipements Can Open complexes, et pour maintenir le réseau. De plus, pour aider à la détection des erreurs aléatoires, un historique des erreurs est disponible. 3.4. Can Open : Performance et flexibilité La raison principale pour utiliser un réseau est sa performance et sa flexibilité à s’adapter exactement aux contraintes de l’application. Can Open fournit un dispositif unique pour l’adaptation de la transmission de données. Basé sur le modèle producteur/consommateur, Can Open permet pour la transmission de données, des communications de type diffusion générale, point à point, changement d’état et cyclique. Ce qui veut dire que les données sont transmises uniquement si nécessaire, ou suivant une base de temps spécifique. Les objets données process (PDO) peuvent être configurés individuellement. Les paramètres peuvent être changés à tout moment. 3.5. Can Open autorise une baisse des coûts Can Open combine facilité d’installation avec équipements à faible coût. Can Open n’a pas besoin d’une liaison équipotentielle entre les équipements comme beaucoup de bus de terrain. Une mauvaise connexion entraîne non seulement des erreurs de communication, mais peut aussi causer des dommages sur les équipements du bus de terrain. En outre, les composants pour Can Open sont produits en grande quantité, ce qui diminue leur prix. P. Y. EL MOURABIT 6 Filière : Génie Mécatronique Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Tétouan Elément du module : Supervision et communication industrielle 4. Présentation du fonctionnement de CAN 4.1. Le bus CAN Le bus CAN est un bus série de terrain car il doit fonctionner dans un environnement limité et sévère (milieu industriel, atelier, voiture…) permettant la transmission asynchrone de données numériques. Les particularités de ce bus sont : Bus multi maîtres où tous les participants ont les mêmes droits. Les nœuds (hôtes) de ce bus ne sont pas adressés seuls les messages transmis possèdent un identificateur. Chaque nœud scrute en permanence le bus et décide selon l’identificateur si le message lui est destiné ou pas. Fiabilité élevée des mécanismes de protection du protocole. Il existe 2 protocoles CAN : Le protocole CAN 2.0A dit CAN standard qui possède un identificateur de 11 bits ce qui permet de délivrer 2048 messages différents. Le protocole CAN 2.0B ou CAN étendu qui possède un identificateur 29 bits soit plus de 536 millions de messages différents. Figure 3. Exemple de l'architecture CAN Pour chacun des 2 protocoles il existe 2 types d'interfaces (normes de transmission) : Le CAN LowSpeed ou CAN-LS (norme ISO 11519). Ce bus présente un débit max de 125 kbits/s et peut raccorder jusqu’à 20 nœuds. Dans l'automobile, il est appelé bus confort et utilisé pour la climatisation, la radio, le tableau de bord … Le CAN Highspeed ou CAN-HS. Ce bus présente un débit max de 1 Mbits/s et peut raccorder jusqu’à 30 nœuds. Dans l'automobile, il est utilisé pour les uploads/Industriel/ communication-industrielle-partie-2.pdf