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Bus de communications et r´ eseaux industriels M.Mohand MOKTEFI Universit´ e de

Bus de communications et r´ eseaux industriels M.Mohand MOKTEFI Universit´ e de Bejaia Copyright © 2020 M.Mohand MOKTEFI Copying prohibited All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and recording, or by any information storage or retrieval system, without the prior written permission of the publisher. Art. No xxxxx ISBN xxx–xx–xxxx–xx–x Edition 0.0 Cover design by M.Mohand MOKTEFI Published by Universit´ e de Bejaia Printed in D´ epartement d’informatique Contents 1 Les objectifs d’un r´ eseau industriel, Architecture, concept CIM : . . . . . . . . . 5 1.1 R´ eseau local industriel 5 1.1.1 Besoins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1.2 Cons´ equences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2 Objectifs 6 1.3 Caract´ eristiques principales (Contraintes) 6 1.4 Classiﬁcation 7 1.4.1 DataNetwork . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.4.2 FieldBus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.4.3 DeviceBus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.4.4 Sensor (Actor) Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.5 Evolution de la communication industrielle (en automatisme) 10 1.6 Pyramide du CIM 10 1.7 Avantages et Inconv´ enients 11 1.7.1 Avantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.7.2 Inconv´ enients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3 1. Les objectifs d’un r´ eseau industriel, Architecture, concept CIM : 1.1 R´ eseau local industriel 5 1.2 Objectifs 6 1.3 Caract´ eristiques principales (Contraintes) 6 1.4 Classiﬁcation 7 1.5 Evolution de la communication industrielle (en automatisme) 10 1.6 Pyramide du CIM 10 1.7 Avantages et Inconv´ enients 11 Les r´ eseaux locaux industriels sont apparus ` a peu pr` es en mˆ eme temps que les r´ eseaux locaux pour le secteur de la bureautique. Leur besoin est n´ e de la demande croissante de productivit´ e dans le domaine industriel et de la n´ ecessit´ e d’interconnecter divers ´ equipements de contrˆ ole et de mesure pour permettre d’´ echanger des informations et de les exploiter rapidement. Depuis quelques ann´ ees, de nombreuses applications ont adopt´ e le bus de terrain. Cette ´ epine dorsale de l’architecture d’automatisme apparaˆ ıt comme un moyen extrˆ emement puissant d’´ echanges, de visibilit´ e et de souplesse pour les ´ equipements qui y sont raccord´ es. Le bus de terrain conduit ` a un bouleversement progressif des architectures : • suppression des cˆ ables d’entr´ ees/sorties, • disparition ou d´ ecentralisation des interfaces d’entr´ ees/sorties, • d´ ecentralisation et la r´ epartition de l’intelligence, • interconnexion avec Internet. Ce chapitre commence par d´ eﬁnir les r´ eseaux locaux industriels puis examine les objectifs de ce type de r´ eseau. Nous consid´ erons ensuite la pyramide CIM avant de terminer sur des exemples de r´ eseaux de terrain. 1.1 R´ eseau local industriel Il convient tout d’abord de donner quelques d´ eﬁnitions : Deﬁnition 1.1 (Terrain) Terrain : espace g´ eographique limit´ e. Deﬁnition 1.2 (Terrain) Bus : conducteur(s) commun(s) ` a plusieurs circuits permet- tant l’´ echange de donn´ ees; Deﬁnition 1.3 (R´ eseau) R´ eseau : ensemble de lignes de communication qui desservent une mˆ eme unit´ e g´ eographique. Deﬁnition 1.4 (Un r´ eseau local industriel ) Un r´ eseau local industriel (RLI) est un syst` eme de communication entre plusieurs ´ equipements de type industriel (capteurs, automates, actionneurs, ...) dans une zone g´ eographique limit´ ee (un ”terrain”). On 5 6 1.2. Objectifs parle aussi de ”bus de terrain” ou de ”r´ eseau de terrain”. Un bus de terrain est donc un syst` eme de communication entre plusieurs ensembles communiquant dans une zone g´ eographique limit´ ee (capteurs, calculateurs, automates, ac- tionneurs, ...). Le bus de terrain conduit ` a un bouleversement progressif des architectures : • suppression des cˆ ables d’entr´ ees / sorties, • disparition des interfaces d’entr´ ees / sorties, • disparition des liaisons s´ eries d´ edi´ ees. Au-del` a de ces aspects architecturaux, deux autres points sont ` a souligner : • la d´ ecentralisation et la r´ epartition de l’intelligence, • l’arriv´ ee des Nouvelles Technologies (Internet. . . ) 1.1.1 Besoins But initial : remplacer les boucles analogiques de courant 4-20 mA. 1.1.2 Cons´ equences • Intelligence d´ eport´ ee au niveau des ´ equipements (jusqu’au capteur) • Distribution (d´ ecentralisation) du contrˆ ole, du traitement des alarmes et des fonctions de diagnostiques. 1.2 Objectifs Les r´ eseaux de terrain ou bus de terrain doivent permettre : • La connexion de plusieurs entit´ es d’un mˆ eme syst` eme sur un mˆ eme support de com- munication dans une zone g´ eographique limit´ ee (usine, atelier, automobile, ´ electronique embarqu´ ee. . . ) • Le transport ﬁable de donn´ ees sous une forme num´ erique d’un ´ equipement vers un autre. • L’ajout ou la suppression d’´ el´ ements au sein d’un mˆ eme syst` eme (r´ eduction ou exten- sion du r´ eseau) • Le respect de contraintes (notamment temps r´ eel). 1.3 Caract´ eristiques principales (Contraintes) Les caract´ eristiques principales ` a prendre compte sont : 1. Sˆ uret´ e de fonctionnement : perte ou d´ et´ erioration d’informations (d´ etection des er- reurs), pannes d’´ equipements (d´ etection et recouvrement des pannes) Chapter 1. Les objectifs d’un r´ eseau industriel, Architecture, concept CIM : 7 2. Disponibilit´ e et coˆ ut des ´ equipements 3. Capacit´ e d’interconnexion ` a des ´ equipements h´ et´ erog` enes 4. Distance : r´ eseaux de faible taille (r´ epartition g´ eographique des ´ equipements limit´ ee) 5. Volume : quantit´ e relativement faible de donn´ ees (notion d’´ ev` enement, variables pro- cessus, ...) 6. Contraintes de temps (notion de temps r´ eel, d´ eterminisme, ...) 7. Nombre d’´ equipements connectables 8. Contraintes li´ ees ` a l’environnement (temp´ erature, vibrations, etc) Deﬁnition 1.5 (Temps R´ eel) On dit qu’il y a traitement temps r´ eel lorsque le temps de r´ eponse ` a des interrogations est soumis ` a des contraintes du syst` eme. Il faut garantir un temps de r´ eponse avec importance plus ou moins forte. Il en d´ ecoule 2 situations : • Le syst` eme transactionnel o` u l’on tol` ere le d´ epassement d’un temps de r´ eponse donn´ e sur quelques ´ echantillons : la contrainte de temps n’entraˆ ıne pas de d´ efaillance du syst` eme ` a condition qu’elle se produise avec une probabilit´ e born´ ee. C’est le temps r´ eel mou. • La commande de processus o` u le respect d’un temps de r´ eponse donn´ e doit ˆ etre garanti dans tous les cas sous peine de voir apparaˆ ıtre une d´ egradation, voire mˆ eme un eﬀondrement du syst` eme, c’est le temps r´ eel dur. Deﬁnition 1.6 (D´ eterminisme) Un syst` eme est d´ eterministe quand le comportement des sorties est parfaitement maˆ ıtris´ e et ce quelles que soient ses entr´ ees. On peut distinguer : • Le d´ eterminisme temporel lorsqu’il y a respect du timing, • Le d´ eterminisme ´ ev` enementiel lorsque tous les ´ ev` enements sont trait´ es. 1.4 Classiﬁcation G´ en´ eralement, on regroupe sous le terme ”bus de terrain” tous les bus de communication industriels. On distingue n´ eanmoins par uploads/Industriel/ cours-laa325.pdf