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LES RESEAUX LOCAUX INDUSTRIELS R.L.I. Lycée L.RASCOL 10, Rue de la République B

LES RESEAUX LOCAUX INDUSTRIELS R.L.I. Lycée L.RASCOL 10, Rue de la République BP 218. 81012 ALBI CEDEX GJC LES AUTOMATISMES SOMMAIRE LA COMMUNICATION Besoins en communication Le concept CIM ARCHITECTURE DES RESEAUX Topologie $ réseaux en BUS $ réseaux en anneau Protocole $ réseaux à accès aléatoires $ réseaux à accès contrôlés Mode de transmission EXEMPLE D’APPLICATION Bus de terrain ASI Réseau d’atelier PROFIBUS Réseau usine ETHERNET TS MAI Automatismes Page N°1 LA COMMUNICATION BESOINS EN COMMUNICATIONS Dans l'entreprise des informations circulent et les besoins varient suivant les utilisateurs. BESOIN DE LA GESTION BESOIN DU BUREAU TS MAI Automatismes Page N°2 BESOIN DE LA PRODUCTION LE CONCEPT CIM CIM : COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING MODELE D’ USINE INTEGREE Comme les besoins des différents services de l’entreprise sont différents, il a fallut concevoir plusieurs types de réseaux locaux. TS MAI Automatismes Page N°3 ARCHITECTURE DES RESEAUX L'architecture d'un réseau comprend deux composantes: LA TOPOLOGIE : Elle caractérise la configuration des voies de transmission existant entre les différentes stations. LA REPARTITION DES FONCTIONS DU PROTOCOLE : Elle Définit si toutes les stations ont les mêmes fonctions ou, si une remplit le rôle de maître tandis que les autres sont des esclaves. L'architecture d'un réseau détermine les caractéristiques suivantes: LA CONNECTIVITE : Possibilité que possède une station de pouvoir établir la liaison " le dialogue" avec d'autres stations (connectivité totale ou partielle). LA DIFFUSION : Possibilité d'émettre, à partir d'une station, un message vers l'ensemble des autres stations. LA RECONFIGURATION : Possibilité d'insérer ou de retirer une station du réseau ,la reconfiguration pouvant s'effectuer pendant le fonctionnement ou non du réseau. LA SURETE DE FONCTIONNEMENT : Définit les conséquences de la défaillance d'une voie de transmission ou d'une station sur le fonctionnement du réseau. TS MAI Automatismes Page N°4 TOPOLOGIE RESEAU EN BUS AVANTAGES - Un seul média (homogénéité du réseau). - Mise en œuvre simple. - Reconfiguration facile. - Moindre coût en ligne et en coupleurs. INCONVENIENTS - Le nombre de stations sera limité en fonction de la longueur du support. - Les conflits d'accès à la voie de transmission vont entraîner des difficultés. UTILISATION - Réseaux Locaux Industriels J BUS - ASI - ETHERNET RESEAU EN ANNEAU Des voies point à point relient les stations entre elles. Il existe un mécanisme de contournement des stations désactivées. AVANTAGES - La longueur de l'anneau peut être grande. - Fonctionnement même après une première coupure du média. INCONVENIENTS - L'activité des stations limite la vitesse. - Le nombre des stations par anneau est limité. UTILISATION - Réseaux Locaux Industriels PROFIBUS - TOKEN RING (IBM) TS MAI Automatismes Page N°5 PROTOCOLE RESEAUX A ACCES ALEATOIRE Le principe consiste à laisser les stations entrer en compétition. La procédure met en œuvre les composantes suivantes: - détection de trafic (voie libre ou occupée). - actions pour démarrer l'émission si voie libre. - détection de collision (conflit). - résolution des conflits détectés. Les différentes méthodes rencontrées se distinguent essentiellement par la dernière composante. Accès probabiliste méthode CSMA / CD Si une collision est détectée par une station, elle se retire du réseau se met en attente avant de retenter une nouvelle communication. Le temps d'attente est calculé dans un domaine qui croît exponentiellement avec le nombre de collisions subies. Après un certain nombre de collisions la station se positionne en défaut. Aucune synchronisation entre station n'est nécessaire, mais un écroulement du réseau peut se produire en cas de forte charge. Accès déterministe méthode CSMA / DCR Ici on substitue à l'algorithme de résolution probabiliste un algorithme de type déterministe. On définit après une collision un ordre de droit d'accès au canal par dichotomies successives. On arrive après plusieurs périodes à traiter toutes les demandes. Un contrôleur de réseau est nécessaire, le réseau ne peut pas s’écrouler. TS MAI Automatismes Page N°6 RESEAUX A ACCES CONTROLES Réseau Maître / Esclaves Remarque: La transmission entre le maître et l'esclave s'effectue en half- duplex Il permet d'établir la communication entre un poste maître et un ou plusieurs esclaves .Seul le maître peut être à l'initiative d'un échange, c'est le protocole maître/ esclave. Les différents types d'échanges supportés par le protocole se divisent en deux catégories: Question/Réponse Le poste maître émet une demande à destination du poste esclave de son choix,qui après exécution renvoie une réponse. Entre le maître et un esclave donné, une seule transaction question/réponse peut être initiée à la fois. Ainsi pour émettre la même question à deux esclaves distincts, il est nécessaire d'initier deux transactions. Diffusion Le poste maître transmet un ordre à la destination de tous les esclaves connectés au réseau sans distinction. Ces derniers exécutent la demande sans émettre de réponse. Structure d'une transaction Les temps des échanges supportés par le protocole varient selon la vitesse de transmission sur le médium, le format des trames ainsi que le type de requête effectué. TPQ = temps de préparation de la question TXQ = temps de transmission de la question TTE = temps de traitement de l'esclave TXR = temps de transmission de la réponse de l'esclave TTR = temps de traitement de la réponse par le maître TRE = temps de retournement de l'esclave En diffusion TPQ + TXQ + TTE En Question /Réponse TPQ + TXQ + TTE + TXR + TTR MAITRE LIGNE ESCLAVE TPQ TXQ TTE TXR TTR TRE TS MAI Automatismes Page N°7 Réseau à jeton Ce type de gestion est basé sur la circulation entre les stations actives d'un droit d'accès à la voie appelé JETON. Une station qui reçoit le jeton peut pendant une durée limitée émettre une ou plusieurs trames si elle à des informations à transmettre, elle passe ensuite le jeton à la station suivante. Si elle n'a rien à émettre elle passe le jeton immédiatement à la station suivante. TS MAI Automatismes Page N°8 EXEMPLES D’APPLICATION BUS DE TERRAIN Introduction Les bus de terrain permettent de proposer dans le domaine des automatismes distribués des solutions ouvertes, performantes, évolutives et économiques. 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 terme 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. TS MAI Automatismes Page N°9 BUS de Terrain Actuator Sensor Interface (Interface pour Capteurs et Actionneurs) A S I repose sur une norme internationale CEI, c'est un système de câblage non propriétaire, les produits ASI sont certifiés par des laboratoires indépendants des constructeurs. Il permet en moyenne jusqu'à 20% d'économie globale par rapport à un câblage classique. Il résulte de l'association d'un groupe de 11 sociétés spécialisées dans les capteurs et les actionneurs ( Balluf, Baumer, Elesta, Festo, Ifm, Leuze, Pepperl & Fuchs, Sick,Siemens, Turck, Visolux ). Architecture La Topologie de type bus n’est pas imposée, on peut utiliser une structure arborescente, linéaire ou en étoile. Composé physiquement de deux fils non blindés supportant l'alimentation et la communication des capteurs et des actionneurs. On peut utiliser des composants standard du marché à l'aide de modules déportés interface ASI Utilisation de deux fils standards de 1,5 mm2 à 2,5 mm2. BUS TS MAI Automatismes Page N°10 Utilisation d’un câble spécifique ASI (inversion des fils impossible) On peut utiliser des capteurs et des actionneurs spécifiques ASI, ils se montent directement par prise vampire sur le câble spécifique ASI. Moteur avec interface A.S.I. intégré Prise vampire Remarque : En standard la consommation maximum de chaque esclave est de 100 mA. Si un esclave à besoin de plus, on peut utiliser une alimentation auxiliaire. Protocole Le coupleur maître V1.0 peut contrôler jusqu'à 124E / 124S binaires soit 31 esclaves de 4E / 4S En V2.1, il peut contrôler jusqu’à 248E / 186S binaires soit 62 esclaves (31A et 31B) de 4E / 3S. La longueur du câble est de 100 m au maximum, pour des distances plus importantes il faut rajouter des répéteurs. Il travaille à 200Kbps, le temps total de scrutation du maître est de 5 ms maxi pour traiter les 124E / 124S et de 10 ms pour traiter 248E / 186S. Chaque esclave est défini par un code d'identification (numéro d'esclave) et une configuration (nombre d'entrées/sorties). Le coupleur maître est l'interface entre le bus ASI et le cerveau de commande (PC, API, ..etc.... ), il permet aussi l'ouverture sur les réseaux supérieurs grâce à des passerelles MODBUS, PROFIBUS. Il uploads/Ingenierie_Lourd/ les-reseaux-locaux-industriels-r-l-i.pdf