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Manuel technique Open Solutions for the World of Automation PROFIBUS Théorie et

Manuel technique Open Solutions for the World of Automation PROFIBUS Théorie et pratique de la technologie La traduction de cette manuel technique a été assurée par les organismes suivants: france.profibus@wanadoo.fr 4 rue des Colonels Renard - 75017 Paris Tél. +33 (0)1 45 74 63 22 – Fax +33 (0)1 45 74 03 33 Haute école spécialisée bernoise Ecole d’ingénieurs de Berne Centre de Compétence PROFIBUS Education Formation Etudes et Réalisations Max Felser support@profibus.ch http://www.hta-be.bfh.ch Introduction De tous temps, l’automatisation industrielle n’a eu de cesse de progresser. Si son essor était naguère confiné au périmètre d’une usine, l’avènement des bus de terrain, fruits d’une innovation intense, a permis de passer d’automatismes centralisés à l’ère de l’intelligence distribuée. Voilà , depuis plus de 10 ans, l’ambition de PROFIBUS. Cette décennie a consacré PROFIBUS au rang de premier bus de terrain mondial. Fort du remarquable succès de ces dernières années, PROFIBUS poursuit sa percée industrielle avec un enthousiasme et une énergie inégalés. Axés à l’origine sur la communication, les efforts de développement de PROFIBUS ciblent aujourd’hui l’intégration, l’ingénierie et, plus particulière- ment, les profils applicatifs, qui lui permettent d’être le seul bus apte à satisfaire les exigences globales du manufacturier et des procédés continus. Autre levier de progrès : les technologies de l’information (TI) jouent aujourd’hui un rôle moteur dans la montée en puissance des automatismes. Les bus de terrain modernes en ont adopté les principes pour se rapprocher du niveau gestion de l’entreprise. Á cet égard, l’automatisation industrielle suit les tendances du monde de la bureautique, dont les TI ont depuis longtemps « révolutionné » infrastructure, systèmes et procédures. L’intégration des TI à l’auto- matisation industrielle ouvre de multiples horizons nouveaux à la transmission des données homogène et transparente entre systèmes d’automatisme. Dans la droite ligne de cet objectif, PROFIBUS s’est enrichi d’un standard de communication basé sur Ethernet, PROFInet. Préférant l’ouverture aux solutions propriétaires, PROFIBUS prime la compatibilité et l’évolutivité de vos investissements ou la « pérennité des choix », mot d’ordre de l’association des utilisateurs PROFIBUS (PNO). Autant d’axes de progrès de la technologie PROFIBUS qui offrent aux membres de l’organisation des perspectives résolument inscrites dans la durée. Nos engagements Asseoir et confirmer notre position de première organisation mondiale vouée à l’essor des réseaux industriels pour doter nos interlocuteurs (clients, membres de l’association des utilisateurs PROFIBUS, presse…) de solutions inédites, d’avantages concurrentiels et d’informations à la pointe de l’innovation. Élaborer, promouvoir et pérenniser les normes prônant l’ouverture de la communication et du contrôle-commande industriels dans les domaines du manufacturier et des procédés continu. 2 Théorie et pratique de la technologie PROFIBUS(octobre 2002) Table des matières Table des matières....................................................2 1. Des automatismes « communicants » .............3 1.1 Les nouvelles donnes de la communication industrielle .................................................................3 1.2 Quelques définitions ......................................4 1.3 La normalisation internationale .....................5 2. Survol de PROFIBUS........................................6 2.1 Genèse...........................................................6 2.2 Implantation....................................................6 2.3 Organisation...................................................6 2.4 L’« arsenal » PROFIBUS...............................7 2.4.1 Techniques de transmission..........................7 2.4.2 Protocoles de communication.......................8 2.4.3 Profils..............................................................8 2.5 Leadership mondial .......................................8 3. Architecture de communication.........................9 3.1 Techniques de transmission..........................9 3.1.1 Transmission RS 485 ....................................9 3.1.2 Transmission MBP.......................................10 3.1.3 Transmission optique...................................11 3.1.4 Sécurité intrinsèque FISCO.........................12 3.2 Protocole de communication DP.................12 3.2.1 Fonctions de base de DP-V0......................13 3.2.2 Fonctions de DP-V1.....................................16 3.2.3 Fonctions de DP-V2.....................................16 3.2.4 Adressage par numéro d’emplacement et index ......................................................................17 4. Profils applicatifs génériques..........................19 4.1 PROFIsafe....................................................19 4.2 HART sur PROFIBUS DP...........................19 4.3 Horodatage...................................................20 4.4 Redondance d’esclave ................................20 5. Profils applicatifs métiers................................ 21 5.1 PROFIdrive.................................................. 21 5.2 Équipements PA ......................................... 22 5.3 Hydraulique ................................................. 24 5.4 Appareils SEMI............................................ 24 5.5 Identification................................................ 24 5.6 E/S déportées pour PA............................... 24 6. Profils systèmes.............................................. 25 7. Gestion des équipements............................... 27 7.1 Fichiers GSD.............................................. 27 7.2 Fichiers EDD.............................................. 28 7.3 Concept FDT/DTM..................................... 29 8. Certification des équipements........................ 30 8.1 Procédure d’essai ....................................... 30 8.2 Certificat de conformité............................... 30 9. Implémentation................................................ 31 9.1 Composants classiques.............................. 31 9.2 Interfaces..................................................... 32 10. PROFInet......................................................... 33 10.1 Modèle d’ingénierie PROFInet................... 33 10.2 Modèle de communication PROFInet.......... 34 10.3 Modèle d’intégration PROFIBUS/Ethernet 34 10.4 XML.............................................................. 34 10.5 OPC et OPC DX.......................................... 34 11. PROFIBUS International ............................. 35 Index 37 Organisation du manuel Ce document décrit les fondements et l’état de l’art de la technologie PROFIBUS fin 2002. Il a pour but d’offrir une description exhaustive du premier bus de terrain mondial, sans trop entrer dans les détails. Ce manuel s’adresse aussi bien au lecteur débutant, soucieux d’acquérir des rudiments, qu’au spécialiste avide de compléments techniques. Aussi tenons-nous d’emblée à souligner que, malgré le soin apporté à sa rédaction, cet ouvrage n’est pas contractuel et seuls les documents PROFIBUS consultables sur l’Internet font foi. N’hésitez pas à vous y reporter pour en savoir plus. Les chapitres 1 et 2 exposent les grands principes des bus de terrain et leur mise en œ uvre dans PROFIBUS. Les chapitres 3 à 6 étudient les caractéristiques clés de PROFIBUS et développent certains thèmes survolés au chapitre 2. Ces quatre chapitres suivent l’architecture modulaire de PROFIBUS en abordant successivement les techniques de transmission, les profils applicatifs (génériques et métiers) et les profils systèmes. Les chapitres 7 à 9 ont davantage une vocation pratique puisqu’ils concernent la gestion, l’implémentation et la certification des équipements. Le chapitre 10 présente le fonctionnement de PROFInet. Le chapitre 11 complète le manuel de détails sur l’organisation PROFIBUS International (PI) et l’association des utilisateurs PROFIBUS (PNO). Théorie et pratique de la technologie PROFIBUS (octobre 2002) 3 1. Des automatismes « communicants » Capacités de communication étendues et systèmes d’information cohérents : telles sont les briques technologiques indispensables à l’édification des solutions d’auto- matisation de demain. De nos jours, les flux d’information sont de plus en plus transversaux entre appareils de terrain, mais aussi verticaux pour intégrer les divers échelons de la hiérarchie productique. Les systèmes de communication hiérarchisés et coordonnés tels que PROFIBUS avec des liens effectifs avec AS-I et ETHERNET (via PROFInet), offrent les conditions préalables pour une communication totale- ment transparente dans les différents domaines de production, des capteurs actionneurs à la gestion de l’entreprise (figure 1). 1.1 Les nouvelles donnes de la communication industrielle Á la base de la pyramide industrielle, les signaux des organes TOR sont transmis sur un bus de capteurs-actionneurs. Simplicité et efficacité économique sont ici de rigueur ; il s’agit d’acheminer sur un même câble données et alimentation. C’est le domaine d’élection du réseau AS-I. Au niveau terrain, la périphérie décentralisée (E/S, transmetteurs, variateurs de vitesse, analyseurs, vannes et interfaces opérateurs) dialogue avec les automatismes sur un puissant réseau temps réel. La transmission des données de production est cyclique, tandis que celle des alarmes, configurations et diagnostics est acyclique, au gré des besoins. PROFIBUS répond à cette double exigence en offrant une solution universelle pour le manufacturier et le process. Le dialogue interautomate (API et PC industriels) relève du niveau cellule, qui peut aussi communiquer avec l’informatique de l’entreprise sur des réseaux Ethernet et TCP/IP, des intranets et l’Internet ; il faut échanger de gros volumes de données et compter sur une multitude de puissantes fonctions de communication. Á l’image de PROFIBUS, le standard PROFInet s’inscrit parfaitement dans cette logique. Dans ce manuel, PROFIBUS fait figure de « colonne vertébrale » du système d’information de l’usine. PROFInet, pour sa part, est brièvement présenté au chapitre 10. Quant au bus AS-I, nous vous conseillons de consulter la documentation constructeur pour en savoir plus. Les bus de terrain sont des réseaux industriels utilisant une panoplie de supports de transmission série (cuivre, fibre optique, sans-fil) pour relier les équipements disséminés dans l’atelier (capteurs, actionneurs, variateurs, transmetteurs…) à un système de contrôle-commande ou de gestion centralisé. L’avènement du bus de terrain remonte aux années 80. Son but : substituer la technologie numérique au traditionnel câblage analogique en fil à fil (4-20 mA ou ±10 V). La diversité des besoins industriels et la préférence des grands constructeurs pour les solutions propriétaires ont donné naissance à plusieurs bus de terrain aux caractéristiques variées ; celles-ci sont maintenant entérinées par les normes internationales CEI 61158 et CEI 61784 dont PROFIBUS fait partie intégrante. Les réseaux de communication sur Ethernet ont récemment fait leurs premiers pas dans l’automatisation industrielle ; ils offrent de nombreuses possibilités d’échanges entre les divers niveaux de la pyramide industrielle et l’informatique de l’entreprise. PROFInet en est un exemple. Du besoin de coordonner le développement et l’implantation de ces bus de terrain sur le marché est né un certain nombre d’associations rassemblant offreurs, utilisateurs et instituts de recherche telles que PNO (PROFIBUS Nutzen Organisation) et son homologue international PROFIBUS International (PI). Ces deux organisations œ uvrent à l’essor de PROFIBUS et de PROFInet. Les utilisateurs sont les grands bénéficiaires de cette technologie en constant développement, synonyme de réduction du coût total de possession, de gains de performance et d’amélioration de la qualité en phases d’élaboration et d’exploitation d’un site automatisé. Ces avantages se multiplient tout au long de la vie de l’automatisme (configuration, câblage, développement, documentation, montage, mise en service et production). Autre bénéfice : la réduction des coûts globaux pendant le cycle de vie d’une installation grâce à une facilité de modification et à une disponibilité uploads/Industriel/ profibus-theorie-et-pratique-de-la-technologie.pdf