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UE4 : Réseaux Locaux Industriels & Bus de terrain LP SARI Nicolas Néanne 15/10/

UE4 : Réseaux Locaux Industriels & Bus de terrain LP SARI Nicolas Néanne 15/10/2015 Réseaux Locaux Réseaux Locaux Industriels Industriels & Bus de Terrain & Bus de Terrain neanne@univ-tln.fr UE4 : Réseaux Locaux Industriels & Bus de terrain LP SARI Nicolas Néanne 15/10/2015 Plan du Cours : 1 / Introduction aux RLI - 2 / Asi : Actuator Sensor interface 3 / Modbus (RTU & TCP) 4 / ProfiBUS / ProfiNET 5 / CANopen 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 3 LP SARI UE4 Ch 1 : Introduction aux RLI 1 / Place des RLI dans l'industrie a - Définitions b - Les différents niveaux de communication c - Quelques Protocoles Standards d - Intérêts des RLI 2 / Contraintes "temps réel" 3 / Modèle de Référence des RLI a - Rappel : Modèle OSI b - Adaptation au cas des RLI 4 / Critères de Comparaison 5 / Compétences liées aux RLI 6 / Conclusion / Perspectives 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 4 LP SARI UE4 1- Place des RLI dans l'industrie a - Définitions ● Bus de terrain = Systeme de Communication Numérique, reliant différents types d ’équipements d ’automatismes. ● Réseau Local Industriel = Réseau Informatique de type LAN, dont la topologie, les performances et la robustesse sont adaptées aux contraintes industrielles : 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 5 LP SARI UE4 ✔ Electromagnétiques → Robustesse du support de transmission et/ou des signaux électriques mis en jeu vis à vis des perturbations électromagnétiques (Couche 1 du modèle OSI) ✔ Physiques (poussières, chocs, températures, atmosphères explosives, vibrations) → Robustesse du support de transmission (Couche 1 du modèle OSI) ✔ Temporelles → Modes d'accès au médium favorisant des temps de réponse déterministes (Couche 2 du modèle OSI) 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 6 LP SARI UE4 TERRAIN CELLULE ATELIER MACHINE Gestion, administration, organisation Gestion de production Supervision Synchronisation Acquisition / Action USINE b - Les Différents Niveaux de Communication Réseaux informatiques Réseaux Locaux Industriels Bus de terrain 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 7 LP SARI UE4 c - Quelques Protocoles Standards : 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 8 LP SARI UE4 TCP / IP PROFIBUS-PA MODBUS DeviceNet CAN Open PROFIBUS-DP AS-i TERRAIN MACHINE CELLULE ATELIER USINE E T H E R N E T Modbus TCP ProfiNET EtherNET/IP 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 9 LP SARI UE4 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 10 LP SARI UE4 ✔ INTEROPERABILITE : plusieurs systèmes, identiques ou radicalement différents, peuvent communiquer ✔ REPARTITION de l'INTELLIGENCE : L'algorithme est éclaté à travers les différents équipements communicants de l'automatisme : il s'en suit une fiabilité est des performances accrues. (processeurs « moins surchargés ») d - Intérêts des RLI & BT ✔ DISTRIBUTION des Informations : ➢ Remontée des informations vers la supervision, Traitement des alarmes centralisé... ➢ Mise à jour des programmes, firmwares depuis un poste centrale ou via internet ➢ Télécontrôle, Télémaintenance etc... 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 11 LP SARI UE4 ✔ PRODUCTIVITE ACCRUE : Grâce aux gains de performances de l'automatisation ✔ REDUCTION DES COUTS DE MAINTENANCE et des DUREES d'ARRÊT de PRODUCTION : Grâce aux outils de maintenance développés sur les réseau, la localisation des dysfonctionnements devient plus aisée. ✔ REDUCTION des COUTS de CABLAGE : Les bus de terrain de bas niveau permettent le raccord des capteurs & actionneurs du système sur un bus → Dépenses moindres en câblage et temps d'installation réduit. ➢Technologiques : 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 12 LP SARI UE4 2- Contraintes "temps réel" Les différents niveaux de communication entre les composants d'un système automatisé impliquent des contraintes temporelles différentes, mais d'une façon générale plus sévères que pour un réseau informatique “tertiaire”. Le diagramme suivant nous montre que les contraintes de temps sont d'autant plus critiques que l'on se rapproche du niveau « terrain » de la pyramide. 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 13 LP SARI UE4 Niveau actionneurs / capteurs Faible volume de données, avec de nombreux appareils connectés et une exigence de temps réel Niveau terrain et processus Contrôle des procédés, réseaux de terrain, API, Interface Homme- Machine, commande numérique Niveau supervision Conduite et surveillance de procédé Gestion de production Gestion d’entreprise (Planification des Ressources) AS-i Safety at work SAFETY AT WORK 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 14 LP SARI UE4 FONCTIONS GESTION ENTREPRISE AUTOMATISATION COMMANDE CENTRALISEE SUPERVISION CONTRÔLE PRODUCTION DONNEES CALCULATEURS MICRO- ORDINATEUR API CONTROLEURS REGULATEURS CAPTEURS ACTIONNEURS FICHIERS TABLEAUX MESSAGES MOTS BITS SYSTEMES INFORMATIONS TRAITEMENT DE DONNEES TRAITEMENT DE DONNEES EN TEMPS REEL 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 15 LP SARI UE4 3- Modèle de Référence des RLI a – Rappel : Modèle OSI : Couches hautes : Traitement des informations relatives à la gestion des informations entres les systèmes informatiques Couches basses : Gestion des échanges entre les entités concernées + spécifications physiques APPLICATION 7 6 5 4 3 2 1 PRESENTATION SESSION TRANSPORT RESEAU LIAISON PHYSIQUE Interface avec l ’application Représentation des données Synchronisation du dialogue Connexion entre les 2 hôtes distants Routage=Acheminement des paquets Construction des trames + Détection des erreurs Codage des bits + Caractéristiques électriques 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 16 LP SARI UE4 b – Adaptation au cas des RLI : Le modèle OSI gère les grands réseaux à commutation de paquets. Le temps n'a pas été pris en compte. Pour les réseaux locaux, la notion de temps réel est un point très important. La couche physique est indispensable à la communication. La couche liaison de données aussi pour l'accès au média et la détection des erreurs. Les couches réseaux et transport ont été définies pour gérer les problèmes des paquets qui transitent par des stations intermédiaires : elles n'ont plus lieu d'être pour les RLI car toutes les stations sont interconnectées. La couche session permet l'échange d'une grande quantité d'information, ce qui n'est pas le cas pour les RLI. La couche présentation peut être figée et non dynamique ce qui la rend transparente. La couche application reste évidemment nécessaire. 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 17 LP SARI UE4 APPLICATION 7 6 5 4 3 2 1 LIAISON PHYSIQUE Le bus de Terrain est donc basé sur une restriction du modèle I.S.O. à 3 couches : M.A.C : Medium Access Control → accès au réseau/bus, adressage L.L.C : Logical Link Control → détection des erreurs, mise en trame La couche 2 est subdivisée en 2 sous- couches : Services offerts : données échangées, profils d'équipements... 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 18 LP SARI UE4 4- Critères de Comparaison ➢ Longueur maximale : Longueur maxi du réseau en fonction du nombre de répéteurs et du type de médium utilisé. ➢ Topologie : Architecture physique et implantation des nœuds connectés au réseau, structure de câblage de toutes les stations. ➢ Temps de réaction maximal : Délai maximal possible qui peut survenir lors de l'envoi d'informations. Ce temps dépend du temps de cycle, du nombre d'abonnés, de la longueur du réseau, du médium et de la vitesse physique de transmission ➢ Nombre maximum d'équipements : Nombre maximum de noeuds pouvant être connecté au réseau. Voici quelques critères qui permettront de guider le choix d'un protocole de communication pour une application donnée : 1- Introduction aux RLI IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 19 LP SARI UE4 5- Compétences liées aux RLI a – pour l'informaticien : ➔Concevoir des programmes d'interfaçage entre un PC (Liaison série, ethernet) et un équipement communicant selon un protocole industriel. b – pour le concepteur de SE : ➔Adapter les caractéristiques électroniques de la carte à celles des signaux véhiculés par le bus de terrain (couche physique : niveaux des signaux, connectique etc...) ➔Gestion logicielle du protocole (couche liaison + application) c – pour l'automaticien : ➔Choisir un protocole de communication en fonction des contraintes imposées par le système automatisé. ➔Paramétrer des équipements communicants. ➔Gérer les bus et réseaux de terrain dans le programme de l'API. 2 – Asi : Actuator Sensor Interface IUT de Toulon – GEII Nicolas Néanne 20 LP SARI UE4 Ch 2 : Bus de Terrain ASi : Actuator Sensor interface 1 / Présentation a - Un bus de niveau 0 b - Historique c - Modèle OSI 2 / Couche Physique a - Le câble ASi b - Topologies c – Signaux électriques &Alimentation du bus 3 / Couche Liaison a – Système “maître-esclave” b – Polling des esclaves c – Mise en trame 4 / Couche Application a – Catalogue des Requêtes b – Catalogue des Réponses c – Exemples de composants uploads/Industriel/ cours-rli.pdf