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1 ACT02 : Réseaux intelligents et réseaux industriels Par JDD Nkapkop, PhD 2 UE

1 ACT02 : Réseaux intelligents et réseaux industriels Par JDD Nkapkop, PhD 2 UE : Réseaux intelligents et réseaux industriels Code : ACT02 Crédits : 2 Durée : 30 H Dr. JDD Nkapkop Objectifs Pédagogiques : - Octroyer à l’étudiant des généralités sur les sur réseaux industriels ; - Octroyer à l’étudiant des généralités sur les sur réseaux intelligents ; - Maîtrise des protocoles de réseaux ; - Interconnexion des réseaux industriels et intelligents; - Mise en place d’un réseau intelligent avec Rasphberry Pi ou Arduino. 3 SOMMAIRE 1. Réseaux Industriels .................................................................................................................... 5 1.1 Définitions ........................................................................................................................... 5 1.2 Rappel : modèle à couches .................................................................................................. 5 1.3 Objectifs des Réseaux Industriels ....................................................................................... 6 1.4. Caractéristiques principales des Réseaux Industriels .......................................................... 6 1.5 Principe de fonctionnement des Réseaux Industriels .......................................................... 7 1.6 Classification des Réseaux Industriels ................................................................................ 7 1.7 La pyramide du CIM ........................................................................................................... 8 1.8 Les Protocoles Réseaux ..................................................................................................... 10 1.8.1 World FIP (Factory Instrumentation Protocol) .......................................................... 10 1.8.2 Interbus ...................................................................................................................... 11 1.8.3 Bus CAN (Control Area Network) ............................................................................ 12 1.8.4 LonWorks (Local Operating Network Works) .......................................................... 13 1.8.5 ProfiBus (Process FieldBus) ...................................................................................... 14 1.8.6 Réseau Modbus (compatible JBUS) .......................................................................... 15 1.8.6.1 Fonctionnement général ........................................................................................... 15 1.8.6.2 Syntaxe et utilisation ................................................................................................ 16 2. Réseaux Intelligents ................................................................................................................. 18 2.1 Généralité sur les RI .......................................................................................................... 18 2.1.1 Exemple de RI........................................................................................................... 19 2.2 Réseau intelligent en télécommunication .......................................................................... 20 2.2.1 Introduction ............................................................................................................... 20 2.2.2 Définition du réseau intelligent ................................................................................. 20 2.2.3 Objectifs du réseau intelligent ................................................................................... 21 2.2.3 Architecture du réseau intelligent .............................................................................. 21 4 2.2.4 Composants principaux du réseau intelligent ............................................................ 22 2.3 Domaine d’application des RI ........................................................................................... 24 2.4 Normes internationales des réseaux intelligents ............................................................... 24 2.4.1 Le protocole de signalisation INAP ........................................................................... 25 3. Mise en place d’un réseau intelligent avec Raspberry pi ......................................................... 26 3.1 Présentation ....................................................................................................................... 26 3.1.1 Le Raspberry Pi Modèle B ......................................................................................... 27 3.1.2 Les Ports GPIO .......................................................................................................... 27 3.1.3 Aspects Logiciel : ...................................................................................................... 28 3.2 Mode de Travail (TP) ....................................................................................................... 28 Bibliographie.................................................................................................................................... 29 5 1. Réseaux Industriels 1.1 Définitions Un réseau local industriel (RLI) est un système de communication entre plusieurs équipements de type industriel (capteurs, automates, actionneurs, ...) dans une zone géographique limitée (un « terrain »). On parle aussi de « bus de terrain » ou de « réseau de terrain » Terrain : espace géographique limité ; Bus : ensemble de conducteurs commun à plusieurs circuits permettant d’échanger des données. Les échanges sont régis par un protocole. Réseau : bus ou ensemble de bus répartis sur un terrain. Un bus de terrain est donc un système de communication entre plusieurs ensembles communicants dans une zone géographique limitée (capteurs, calculateurs, automates, actionneurs, ...). 1.2 Rappel : modèle à couches Un bus de terrain est un système de communication numérique dédié qui respecte le modèle d'interconnexion des systèmes ouverts (OSI) de l'Organisation de Standardisation Internationale (ISO 7498 – 1983). Un bus de terrain est basé sur la restriction du modèle OSI à 3 couches : La couche Application (qui peut être vide dans de nombreux réseaux) ; La couche Liaison qui doit assurer un transport fiable de quantité assez faible de données mais en respectant des contraintes ”temps réel” (déterminisme) ; La couche Physique qui doit respecter des contraintes fortes liées à l’environnement (température, vibrations, ...) Le modèle OSI est une base de référence pour identifier et séparer les différentes fonctions d'un système de communication basé sur une structure en couches. Chaque couche (matérielle, logicielle) assure un ensemble de fonctions spécifiques. Chaque couche utilise les services de la couche immédiatement inférieure pour rendre à son tour un service à la couche immédiatement supérieure. Un protocole est le langage commun (règles de dialogue) que doivent connaître et utiliser deux couches homologues (couche de même niveau) pour dialoguer. 6 Le modèle OSI possède 7 couches ou niveaux qui définissent les fonctions des protocoles de communication qui vont de l'interface physique à l'interface des applicatifs utilisant le réseau. En raison de son apparence, la structure est très souvent appelée pile ou pile de protocoles. 1.3 Objectifs des Réseaux Industriels Les réseaux de terrain ou bus de terrain doivent permettre :  la connexion de plusieurs entités d’un même système sur un même support de communication dans une zone géographique limitée (usine, atelier, automobile, électronique embarquée…) ;  le transport fiable de données sous une forme numérique d'un équipement vers un autre ;  l’ajout ou la suppression d’éléments au sein d’un même système (réduction ou extension du réseau) ;  le respect de contraintes (notamment temps réel). Les bus de terrain permettent de proposer dans le domaine des automatismes distribués des solutions ouvertes, performantes, évolutives et économiques. 1.4. Caractéristiques principales des Réseaux Industriels Les caractéristiques principales à prendre compte sont :  Sûreté de fonctionnement : perte ou détérioration d'informations (détection des erreurs), 7 pannes d'équipements (détection et recouvrement des pannes) ;  Disponibilité et coût des équipements ;  Capacité d'interconnexion à des équipements hétérogènes ;  Distance : réseaux de faible taille (répartition géographique des équipements limitée) ;  Volume : quantité relativement faible de données (notion d'évènement, variables processus, ...) ;  Contraintes de temps (notion de temps réel, déterminisme, ...) ; Nombre d'équipements connectables ;  Contraintes liées à l'environnement (température, vibrations, etc). 1.5 Principe de fonctionnement des Réseaux Industriels Dans un bus de terrain, le contrôleur d'automatisme pilote sa périphérie industrielle composée de concentrateurs d'entrées / sorties, digitaux ou analogiques, électriques ou pneumatiques et des capteurs / pré actionneurs de toute sorte tels que variateurs de vitesse, systèmes d'identification ou autres systèmes dédiés. Le lien entre l'unité de traitement et sa périphérie doit être vu ici comme une extension du bus de l'automate. L'utilisateur ne voit pas la différence en termes de performance et de mise en œuvre entre ce qui reste physiquement dans le rack local et ce qui est déporté sur le bus de terrain. La décentralisation de la périphérie industrielle favorise la réalisation de machines modulaires et permet de tirer des fonctions de pré traitement et de diagnostic disponibles sur les capteurs et pré actionneurs intelligents. Elle facilite le déport des postes de conduite et de diagnostic au cœur de l'installation, là ou ils sont réellement utiles. 1.6 Classification des Réseaux Industriels Généralement, on regroupe sous le terme «bus de terrain» tous les bus de communication industriels. On distingue néanmoins par complexité décroissante :  le bus d'usine («data bus») : réseau local industriel (RLI) permettant la communication entre l'automatisme et le monde informatique souvent basé sur Ethernet ;  le bus de terrain («field bus» et «device bus») : interconnexion des unités de traitement et des périphériques ;  le bus de bas niveau («sensor bus») : bus capteur/actionneur. 8 1.7 La pyramide du CIM La pyramide du CIM (Computer Integrated Manufacturing) est une méthode largement généralisée qui représente 4 niveaux auxquels correspondent des niveaux de décision. Plus on s'élève dans la pyramide du CIM, plus le niveau de décision est important et plus la visibilité est globale. Un niveau supérieur décide ce qu'un niveau inférieur exécute. On distingue généralement les niveaux suivants : - au niveau 3 : la gestion des produits et des stocks, la gestion des approvisionnements, la gestion des clients, des commandes et de la facturation (gérés par les ERP (Enterprise Resources Planning)) - au niveau 2 : la localisation des produits en stocks, les mouvements physiques et la gestion des lots (géré par le système de gestion d'entrepôt) ; - au niveau 1 : les automatismes ; - au niveau 0 : les capteurs et actionneurs. Ainsi à chaque niveau, correspond un bus ou un réseau adapté aux besoins: A. Réseaux locaux industriels (data bus) : communication entre l'automatisme et le monde informatique. → Quantités importantes d'information (messages, fichiers) → Temps de réaction de 1 s à 10 s (temps non critique) → Longue distance possible B. Bus de terrain (field bus) : réseaux entre unités de traitement (automates programmables, superviseurs, commandes numériques ...), (device bus) bus et réseaux pour la périphérie d'automatisme (variateurs, robots, axes ...) permet la communication d'unités de traitement pour la coordination des automatismes distribués. → Quantité relativement faible de données < 256 octets → Temps de réaction < 100 ms (notion d'événements temps réel) → Distance < 1 km C. Bus capteur/actionneur (sensor bus): interface avec les capteurs/actionneurs, relie entre eux des nœuds à intelligence limitée ou nulle. → Niveau bits 9 → Temps de réaction < 10 ms (contrainte temps réel) → Distance < 100 m De nos jours, il existe plus de 2000 bus de terrain différents ! : CAN, LON, Profibus- FMS/PA, WorldFip, Interbus, Profibus-DP, ASInterface, Bitbus, Arcnet, Sercos, Modbus Plus, P- net, FAIS, EIBus, VAN, PLAN, Sibus, Batibus, Hart, Modbus/Jbus, Bus DIN, etc. Les technologies les plus répandues sont : Modbus, Profibus, Interbus-S, ASI, Lonworks et bus CAN. Nous pouvons les regrouper en deux types de bus/réseaux de terrains : ● Standards de fait : Interbus-S, ASI, Lonworks (capteur/actionneur) ; ● Standards internationaux : - WorldFIP (France, Italie) (NFC 46-600): Honeywell, Cegelec, Télémécanique, EDF ... uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-m2rt-reseaux-industriels-et-intelligents 1 .pdf