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Plan du cours (2) Chapitre II: Réseaux locaux industriels 1. Définitions: résea

Plan du cours (2) Chapitre II: Réseaux locaux industriels 1. Définitions: réseau local industriel, bus, système temps réel, système déterministe. 2. Besoins. 3. Caractéristiques principales. 4. Classification des bus: Pyramide du CIM 5. Synthèse des différents réseaux et bus utilisés en milieu industriel. 27 Définition d’un réseau local industriel • Il s’agit d’un réseau bidirectionnel, sériel, multi- branche, reliant différents types d'équipements : ➢Capteur / Actionneur, ➢Automate programmable (API), ➢Calculateur, PC Industriel. Chapitre II: Réseaux locaux industriels 28 Définition d’un bus • Au sens informatique industrielle, un bus est un conducteur ou un ensemble de conducteurs communs à plusieurs circuits, permettant l'échange de données entre eux (liaison point à point, multipoint). Chapitre II: Réseaux locaux industriels 29 Définition d’un système temps réel • Un système temps réel est capable de contrôler (ou piloter) un procédé physique dans un intervalle de temps minime par rapport à l'évolution du procédé contrôlé. Le système ne doit, non seulement délivrer des résultats exacts, mais il doit les délivrer dans des délais imposés. Chapitre II: Réseaux locaux industriels 30 Définition d’un système déterministe • Un système déterministe est un système qui produit, à une série d'événements entrants, une même série d'événements sortants, dont l’ordre est déterminé par celui des événements entrants. Chapitre II: Réseaux locaux industriels 31 Besoin 1: réduction des boucles de courant analogique Remplacement des boucles de courant 4-20 mA Chapitre II: Réseaux locaux industriels 32 Besoin 2: Décentralisation Automatismes centralisés Automatismes décentralisés Chapitre II: Réseaux locaux industriels 33 Besoin 3: Interopérabilité e interchangeabilité • Un composant est interopérable s’il est capable de communiquer d’une façon intelligente avec d’autres composants, dans le strict respect des spécifications du protocole de communication. • Un composant est interchangeable s’il peut être remplacé par un autre, pouvant provenir d’un autre constructeur, dans le strict respect des spécifications des profils. • Un système constitué de composants interopérables et interchangeables est appelé « système ouvert ». Chapitre II: Réseaux locaux industriels 34 Besoin 4: Intelligence déportée au niveau des équipements Chapitre II: Réseaux locaux industriels 35 Caractéristiques principales (1) 1) Sûreté de fonctionnement: détection des erreurs de communication (pertes d’informations, collision), détection et recouvrement des pannes des équipements. 2) La disponibilité et le prix des équipements. 3) Capacité d'interconnexion entre des équipements hétérogènes (différents types/constructeurs). 4) Réseaux de faible taille (répartition géographique réduite des équipements). Chapitre II: Réseaux locaux industriels 36 5) Données de quantité relativement faible. 6) Les contraintes liées au temps (notion de temps réel, déterminisme, ...) 7) Le nombre d'équipements connectables ensemble. 8) Les contraintes liées à l'environnement de fonctionnement (température, pression, vibrations, etc.) Caractéristiques principales (2) Chapitre II: Réseaux locaux industriels 37 Classification des réseaux industriels: pyramide CIM (Computer Integrated Manufacturing) Niveau 3: Niveau entreprise Niveau 2: Niveau atelier Niveau 1: Niveau machine Niveau 0: Niveau capteur Niveau de décision Chapitre II: Réseaux locaux industriels 38 Description des différents niveaux • Niveau 3: gestion des produits et des stocks, gestion des approvisionnements, gestion des clients, des commandes et de la facturation. • Niveau 2: localisation des produits en stocks, mouvements physiques et gestion des lots. • Niveau 1: contient les automatismes. • Niveau 0: contient les capteurs et actionneurs. Chapitre II: Réseaux locaux industriels 39 Besoins en communication industrielle des différents niveaux 1 bit NOMBRE D’INFORMATIONS TRANSMISES 1 kbits 1 Mbits Niveau 2 Atelier Gestion de production Supervision Niveau 1 Machines Le contrôle commande Les constituants Niveau 0 Capteurs Actionneurs Système d ’information Niveau 3 Entreprise Chapitre II: Réseaux locaux industriels 1 ms 1 s 1 minute VITESSE DE REACTION 40 Synthèse des principaux réseaux et bus utilisés en milieu industriel Ethernet TCP/IP FTP - HTTP Réseaux informatiques FIPWAY Ethernet TCP/IP Modbus Réseaux locaux industriels Bus capteurs actionneurs AS-i Profibus-DP DeviceNet Modbus Plus Modbus Bus de terrain CANopen FIPIO Interbus Temps de réponse < 10ms Distance < 100 m Temps de réponse < 100 ms Distance < 1 km Temps de réponse 1-10 s Distance > 1 km 1 bit 1k bits 1M bits Chapitre II: Réseaux locaux industriels 41 Stratégie réseau de Schneider Electric Chapitre II: Réseaux locaux industriels 42 Plan du cours (3) • Chapitre III: Transmission des données 1. Acteurs mis en jeu, techniques, types et supports physiques de la transmission. 2. Modèle OSI. 3. Méthodes d’accès au médium. 4. Produits d’interconnexion. 43 Chapitre III: Transmission des données Médium Informations Informations Emission Réception Coupleur de communication Emetteur / Récepteur Emetteur / Récepteur Emission Réception Coupleur de communication Lumière, son, image, tension Acteurs mis en jeu S. I. 1 S.I. 2 44 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. 0 1 Chapitre III: Transmission des données 45 Types de transmission (1) Transmission simplex : mono-directionnel Transmission half duplex : bi-directionnel alterné Transmission full duplex : bi-directionnel simultané Chapitre III: Transmission des données 46 Chapitre III: Transmission des données Types de transmission (2) Les bits d’un octet sont transmis simultanément. Utilisée pour de courtes distances. Chaque canal a tendance à perturber ses voisins, donc la qualité du signal se dégrade rapidement. Les bits d ’un octet sont transmis les uns à la suite des autres. Transmission parallèle Transmission série Transmission discontinue des informations, avec intervalle de temps fixe entre 2 bits. Transmission continue des informations, avec un signal de synchronisation. Asynchrone Synchrone 47 Supports techniques de transmission (1) Paire de fils torsadés: la solution la plus simple et la moins chère. Chapitre III: Transmission des données Câble coaxial: excellentes propriétés électriques et transmission grande vitesse. 48 Supports techniques de transmission (2) Fibre optique: la fibre optique transmet un signal lumineux. Cette solution est convenable aux milieux industriels pollués ou hostiles. Elle garantit une transmission sûre, sur de longues distances. Chapitre III: Transmission des données 49 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. Transmission et réseaux industriels Chapitre III: Transmission des données 50 COUCHE PRESENTATION COUCHE APPLICATION COUCHE TRANSPORT COUCHE RESEAU COUCHE LIAISON COUCHE PHISIQUE COUCHE SESSION 1 2 3 4 5 6 7 STATION Notion de bus Notion de réseau Chapitre III: Transmission des données Modèle OSI: présentation Hardware Contrôle de liaison Routage des données Contrôle de l’acheminement Synchronisation des échanges Transcodage des formats Protocole de communication 51 Chapitre III: Transmission des données Modèle OSI: description des différentes couches (1) • Couche physique: le médium utilisé : paire torsadée, câble coaxial, fibre optique…, la forme des signaux véhiculés, la connectique. • Couche liaison: adressage, résolution d’erreur, gestion du flux de données, gestion de l’accès au médium. • Couche réseau: établissement du chemin entre les différents réseaux. • Couche transport: transport des données de bout en bout. 52 Chapitre III: Transmission des données Modèle OSI: description des différentes couches (2) • Couche session: organise et synchronise les échanges entre les différents éléments. • Couche présentation: changer le format des données afin de permettre à des éléments de natures différentes de dialoguer. • Couche application: définit un langage commun entre les différents équipements (sémantique et signification). 53 Méthodes d’accès au médium: méthode maître-esclave Chapitre III: Transmission des données MAITRE ESCLAVE Requête (Polling) Quelque chose à émettre ? Réponse Oui/non Le maître est l ’entité qui accorde l ’accès au medium. L’esclave est l’entité qui accède au médium après autorisation du maître. 54 Méthode maître-esclave: exemple bus As-i API + coupleur As-i Répartiteur passif + Capteurs intelligents (asifiés) Répartiteur actif + Capteurs ordinaires Chapitre III: Transmission des données 55 Méthodes d’accès au médium: méthode anneau à jeton Chapitre III: Transmission des données Adresse 1 Adresse 2 Adresse 3 Adresse 4 Le jeton est un groupe de bits qui est passé d ’un nœud au suivant dans l ’ordre croissant des adresses. Réception du jeton →autorisation d’émission Jeton 56 Méthode anneau à jeton: exemple MODBUS+ Chapitre III: Transmission des données SCADA CAPTEURS ET INSTUMEBTS DE MESURE 57 Méthodes d’accès au médium: accès aléatoire (CSMA) Chapitre III: Transmission des données Adresse 1 Adresse 2 Adresse 3 Adresse 4 Dès qu’il n’y a aucune donnée émise, l’accès est libre pour tous les nœuds du réseau. Accès simultané de deux nœuds →collision 58 Méthode CSMA/CD: détection des collisions (collision destructive) EX: ETHERNET Chapitre III: Transmission des données CSMA/CD = détection de collision: 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 59 Explications CSMA/CD Chapitre III: Transmission des données 60 Méthode CSMA/CA: Evitement des collisions (collision non destructive) EX: Wi-Fi Chapitre III: Transmission des données CSMA/CA = évitement de collision: 1- Détection de la collision non destructive. 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. 61 Chapitre III: Transmission des données Explications CSMA/CA SOURCE DESTINATION 62 Méthode CSMA/CR: Résolution des uploads/Industriel/ cours-isi-part-2-2017.pdf