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Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 1 D. ANDREU (ISIM U

Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 1 D. ANDREU (ISIM Université Montpellier II, Département MEA) A. LELEVE (INSA de Lyon, Département GPR) 2002 Micro-Electronique Micro-Electronique et Automatique et Automatique UMII UMII Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 2 Généralités : évolution des architectures d ’automatismes Généralités : évolution des architectures d ’automatismes Généralités : évolution des architectures d ’automatismes Généralités : évolution des architectures d ’automatismes jusqu’aux années 80 - aucune autonomie des différents sous-ensembles - conception, mise en service, maintenance lourdes et difficiles - arrêt de l ’ensemble des fonctions en cas de défaut système émergence des Réseaux Locaux Industriels dans les années 80 - segmentation de l ’architecture (découpage de l ’automatisme en entités fonctionnelles) - décentralisation des entrées/sorties (E/S déportées)… décentralisation « intelligence » - besoin de communication entre ces entités Le système de communication devient la clef de voûte de l ’architecture Les automatismes centralisés … Les automatismes décentralisés … Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 3 Rôle … faire communiquer des équipements divers (CNC, PLC, I/O, PC, etc.) en fournissant des services contraints par le temps. Applications … de l ’Atelier en réseau, en passant par le réseau bâtiment, jusqu’au réseau embarqué pour véhicules modernes Nature des données échangées … Nature et taille différentes Variables numériques, analogiques, binaires, messages, etc. Transfert périodique et apériodique (sporadique) Généralités : évolution des architectures d ’automatismes Généralités : évolution des architectures d ’automatismes Généralités : évolution des architectures d ’automatismes Généralités : évolution des architectures d ’automatismes Le système de communication : le RLI problématique du temps-réel Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 4 Généralités : Généralités : Généralités : Généralités : temps réel ? Souvent qualifiés de « réseaux de communication temps-réel » Système temps-réel [CNRS 1988] : « Une application temps-réel est une application qui met en œuvre un système informatique dont le fonctionnement est assujetti à l ’évolution dynamique de l ’état de l ’environnement (procédé) qui lui est connecté et dont il doit contrôler le comportement » L’exactitude d ’une commande est conditionnée par deux attributs : - justesse de sa valeur, - justesse de sa date d ’application au procédé. Le respect des contraintes (échéances) temporelles est une problématique de base des Réseaux Locaux Industriels Réseau Local Industriel … temps de réponse garanti borné supérieurement … réseau à PROFIL TEMPS-REEL Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 5 Généralités : Généralités : Généralités : Généralités : temps réel ? Ordonnancement de l ’accès à une ressource ressource médium processeur (mono) Ordonnancement des tâches non-préemptif * préemptif ou non préemptif * différence fondamentale la transmission d ’un message ne peut pas être interrompue, contrairement à l ’exécution d ’une tâche Analogie entre réseaux temps-réel et applications temps-réel Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 6 Généralités : Généralités : Généralités : Généralités : Historique Bref historique … 1970 connexion d ’entités de contrôle/commande aux postes opérateurs réseau WDPF (Westinghouse, Schneider en France) 1980 connexion d ’automates réseau MODBUS (Gould Modicon) années 80 émergence des Réseaux Locaux Industriels • Projets de réseaux ouverts Projet MAP (Manufacturing Automation Protocol) aux Usa cellule Projet FIP (Fieldbus Instrumentation Protocol) en France terrain • Développement de réseaux (souvent constructeurs) FACTOR (Aptor), LAC (Compex), SINEC (Siemens), UNITELWAY (Télémécanique) DATA HIGHWAY (Allen Bradley), TIWAY (Texas Instruments), JBUS (April), SYCOWAY (Cegelec), ARLIC (Sema Group), MARBEN (Marben), … Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 7 Généralités : Généralités : Généralités : Généralités : Historique (suite) Aujourd’hui plus d ’une cinquantaines de spécifications : CAN, LON, Profibus-FMS/PA, WorldFip, Interbus, Profibus-DP, AS-Interface, Bitbus, Arcnet, Sercos, Modbus Plus, P-net, FAIS, EIBus, VAN, PLAN, Sibus, Batibus, Hart, Modbus/Jbus, Bus DIN, etc. etc. etc. Le modèle CIM a créé une segmentation de l ’architecture … mais augmentation de capacité de traitement (PC), automatismes « intelligents », NTIC*, etc. … besoin maintenant d ’une communication « horizontale » Demain tendance à un réseau unifié autour du LAN Ethernet ? OK pour les niveaux 2-3-4 (ethernet commuté par ex.) mais pb non résolu pour niveaux 0-1 PowerLink Ethernet (Bernecker Rainer Elektronik), Switched Ethernet (Hirschmann Elektronik) Impact des *Nouvelles Technologies de l ’Information et de la Communication Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 8 Généralités : Généralités : Généralités : Généralités : Impact des NTIC sur l ’architecture Architecture selon modèle CIM modèle CIM « aplani » (fusion niveaux 2-3-4) Enterprise Resource Planning Manufacturing Execution System (source : Schneider Electric 2002) Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 9 Généralités : Généralités : Généralités : Généralités : Classifications Classification possible mais difficile … vu le nombre de spécifications différentes • Classification en trois grandes familles en terme de « fonction » à réaliser champs d ’application, trafic à supporter • Classification selon des critères stratégiques normalisation (standards), disponibilité, évolutivité, interopérabilité, … • Classification selon des critères techniques topologie, modèle de coopération, méthode d ’accès, sécurité, … Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 10 Généralités : Généralités : Généralités : Généralités : Classification « fonctionnelle » Classification en trois grandes familles en terme de « fonction » à réaliser en réalité recouvrement des champs d’application des différents bus (source : Industries et Techniques 1996) (source : Schneider Electric 2002) niveaux Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 11 Généralités : Généralités : Généralités : Généralités : Classification « fonctionnelle » (source : Industries et Techniques 1996) Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 12 Généralités : Généralités : Généralités : Généralités : Classification « fonctionnelle » Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 13 Ex : Offre Schneider en terme d ’architecture multi-réseaux Projection sur des exemples industriels (source : Schneider Electric 2002) Limite d’adéquation d’Ethernet Impact des NTIC Impact des NTIC Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 14 Exemples d ’architectures multi-réseaux Architecture de l ’automatisme des chariots à l ’Hôpital de Dreux Fipway (niveau 2) AS-i (niveaux 0/1) (source : Schneider Electric 2002) Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 15 Exemples d ’architectures multi-réseaux Architecture de commande à l ’usine Renault-Sandouville (source : Schneider Electric 2002) Fipway (niveau 2) Interbus-S (niveau 1) Ethernet (niveau 3) Passerelle Jbus-Ethernet (niveaux 2/3) Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 16 Généralités : Généralités : Généralités : Généralités : Classifications Classification possible mais difficile … vu le nombre de spécifications différentes • Classification en trois grandes familles en terme de « fonction » à réaliser champs d ’application, trafic à supporter • Classification selon des critères stratégiques normalisation (standards), disponibilité, évolutivité, interopérabilité, … • Classification selon des critères techniques topologie, modèle de coopération, méthode d ’accès, sécurité, … Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 17 Généralités : Généralités : Généralités : Généralités : Cycle de standardisation Standardisation … Comités Nationaux de Normalisation (AFNOR) validation d ’une norme et soumission Comité Européen : CENELEC décision au niveau mondial Commission Mondiale : IEC (International Electrotechnical Commission) instance suprême avec 80 pays votants Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 18 Généralités : Généralités : Généralités : Généralités : Mise en réseau d’un atelier (avantages / inconvénients) Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 19 Choix d’un RLI Choix d ’un réseau … Il n ’existe pas (encore) « une » solution capable d ’assurer une communication totale au sein d ’un système automatisé (les réseaux sont typés, i.e. plus ou moins spécialisés). Critère de choix à intégrer absolument : l’interopérabilité des réseaux Extension d ’une installation ajout d ’un nouveau réseau Quelle compatibilité avec l ’existant ? Il existe souvent des interfaces spécialisées (passerelles) mais - mise en œuvre complexe, - compatibilité relative. Remarque … la tendance actuelle est à la spécification d ’un LAN « déterministe », i.e. permettant d ’organiser tous les niveaux de la hiérarchie autour d ’un même réseau. Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 20 Généralités : Généralités : Généralités : Généralités : Classifications Classification possible mais difficile … vu le nombre de spécifications différentes • Classification en trois grandes familles en terme de « fonction » à réaliser champs d ’application, trafic à supporter • Classification selon des critères stratégiques normalisation (standards), disponibilité, évolutivité, interopérabilité, … • Classification selon des critères techniques topologie, modèle de coopération, méthode d ’accès, sécurité, … Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 21 Généralités : Généralités : Généralités : Généralités : Classification « technique » Classification selon des critères techniques • critères temporels : vitesse de transmission des données, temps de réponse, temps de cycle (temps de mise à jour de toutes les variables), etc. ¬ critères topologiques : longueur maximale avec répéteurs, distance maximale entre équipements, topologie du réseau (structure câblage), etc. ¬ autres critères techniques : ¬ mode d ’accès au réseau (MAC), gestion des priorités, ¬ modèle de coopération (client/serveur, producteur/consommateur, …), ¬ mode de transmission (point-à-point, multipoint, diffusion), ¬ efficacité du protocole (longueur data / longueur trame), ¬ sécurité (acquittement, flux), reprise (reconfiguration en cas de pb), etc. Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 22 Classification « technique » • Architecture (modèle ou profil) • Modèle de coopération • Ordonnancement • Technique d ’accès MAC Andreu@lirmm.fr Arnaud.leleve@insa-lyon.fr Automation - RLI 23 Les RLI par rapport au modèle OSI * Modèle OSI (Open Systems Interconnection) de l ’ISO § MAP (Manufacturing Automation Protocol) application présentation session transport réseaux liaison de données physique Modèle OSI* uploads/Ingenierie_Lourd/ automation-rli-v2.pdf