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Université Mohamed Khider de Biskra Faculté des Sciences et de la Technologie D

Université Mohamed Khider de Biskra Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Génie Electrique Sciences et Technologies Electronique Electronique des Systèmes embarqués Réf. : Entrez la référence du document Présenté et soutenu par : Bahamma karima Le : mardi 2 juillet 2019 Réseaux industriel PROFINET basé sur les automates SIMENS S7-1200 Jury : M. Guesbaya tahar MCA Université de Biskra Président M. Rahmani nacereddine MAA Université de Biskra Examinateur M. Bakhouche khaled MCA Université de Biskra Rapporteur Année universitaire : 2019 - 2020 MÉMOIRE DE MASTER REMERCIEMENTS REMERCIEMENTS Je remercie tous d’abord dieu le tout puissant et miséricordieux de m’avoir donné la Force, le courage, et la patience d’accomplir ce modeste travail. Je tiens à remercier très particulièrement mon directeur de thème, le docteur Bakhouche Khaled qui m’a proposé ce sujet de recherche, et de m’avoir encadré et dirigé toute au long de ce parcours, mais surtout pour ses conseils et son expérience qui ont été décisifs dans l’accomplissement de ce travail. Je remercie vivement monsieur Lakhdari issam de ma voir accueilli durant ma Période de stage au sein biskria ciment, je le remercie également pour ses conseils, son soutien et ces encouragement. Mes plus profonds remercîments sont adressés à ma famille et mes amies en particulier mes parents et mon cher oncle pour leur patience et pour soutient qu’ils m’ont apporté tout au long de mon cursus universitaire. J’espère de tout mon cœur que la réalisation de ce travail soit un aboutissement à leurs efforts et espoir. Qu’ils trouvent ici l’expression de ma gratitude la plus affectueuse. Dédicaces Je dédie ce modeste travail à: A mes parents .Aucun hommage ne pourrait être à la hauteur de l’amour Dont ils ne cessent de me combler. Que dieu leur procure bonne santé et longue vie. RESUME RESUME L’objectif de travail présenté dans ce thème est, d'une part, de contribuer à la conception complète d'un réseau Profinet dans un système automatisé et d'autre part, de l'implémenter en utilisant des techniques de programmation concurrente. Le cas étudié, dans ce thème, un réseau industriel simulé et réalisé à l’aide de deux automates programmables S7-1200, un switch classique et une station PC dont TIA Portal est installé comme outil de configuration, de programmation et de commande. En se basant sur les bus PROFINET, le logiciel TIA Portal est utilisé pour le contrôle temps réel ainsi que pour la simulation. La supervision de notre système est assurée par WinCC RT. ملخص الهدف من العمل المعروض في هذا الموضوع هو ، من ناحية، للمساهمة في تصميم كامل ( لشبكة بروفينت Profinet ) في نظام آلي ، و من ناحية أخرى تحقيقها باستعمال تقنيات برمجة منافسة . تتعلق الحالة التي تم محاكاتها و انجازها في تكوين ش ب كة مكونة من جهازي PLC من نوعS7-1200 و مبدلEthernet و جهاز حاسوب مثبت عليه برنامجTIA Portal معWinCC RT . Sommaire Sommaire Introduction générale…………………………………………………………………….1 Chapitre I: Automates Programabel industriel I.1 Introduction…………………………………………………………………………………2 I .2 Définition d’un API………………………………………………………………………2 I.3 Domaines d’emploi des automates………………………………………………………....2 I.4 Communication d’API……………………………………………………………………..3 I.5 Choix des API……………………………………………………………………………..3 I.6 Architecture des automates programmables industriels …………………………………..3 I.6.1 Structure générale des API……………………………………………………………….4 I.6.2 Architecture interne d’un API……………………………………………………………4 I.6.3 Description des éléments d'un API………………………………………………………5 I.6.3.1 La mémoire…………………………………………………………………………….5 I.6.3.2 Le processeur…………………………………………………………………………..6 I.6.3.3 Les interfaces et les cartes d’Entrées / Sorties…………………………………………7 I.6.3.4 Une alimentation électrique……………………………………………………………7 I.6.3.5 Liaisons de communication……………………………………………………………8 I.7 Nature des informations traitées par l’automate…………………………………………..8 I.8 Langages de programmation pour API…………………………………………………….9 I.8.1 Le langage LD (Ladder Diagram)………………………………………………………9 I.8.2 Le langage IL (Instruction List) ………………………………………………………….9 Sommaire I.8.3 Le langage FBD (Functions Block Diagram)……………………………………………9 I.8.4 Le langage ST (Structured Text ) …………………………………………………….10 I.8.5 Le langage SFC (Sequential Function Chart), ou GRAFCET…………………………10 I.9 Présentation de l’automate S7-1200………………………………………………………10 I.9.1 Choix de la CPU………………………………………………………………………...11 I.9.2 Le choix des modules d'Entrées/Sorties………………………………………………...11 I.9.2.1 Les signaux TOR……………………………………………………………………..12 I.9.2.2 Les signaux analogiques……………………………………………………………...12 I.10 Conclusion……………………………………………………………………………….13 Chapitre II :Profinet II.1Introduction……………………………………………………………………………….14 II.2. Objectifs et avantages de PROFINET…………………………………………………...14 II.3. Simplicité de câblage…………………………………………………………………….15 II.3.1 Sécurité intégrée………………………………………………………………………..15 II.3.2 Standards TIC & accès sécurisé………………………………………………………..15 II.3.3 Processus……………………………………………………………………………….15 II.3.4 Appareils de terrain décentralisés………………………………………………………16 II.3.5 Motion Control…………………………………………………………………………16 II.3.6 Intelligence répartie…………………………………………………………………….16 II.3.7 Communication Profinet ………………………………………………………………16 II.4 Installation du réseau……………………………………………………………………..18 II.4.1 Commutateurs (switches)………………………………………………………………18 Sommaire II.4.2 Topologies des réseaux………………………………………………………………...19 II.4.2.1 Étoile…………………………………………………………………………………19 II.4.2.2 Arbre………………………………………………………………………………….20 II.4.2.3 Ligne………………………………………………………………………………….20 II.4.2.4 Anneau (redondant)…………………………………………………………………..20 II.4.3 Profinet et modèle OSI…………………………………………………………………21 II.5Type profinet……………………………………………………………………………...22 II.5.1 PROFINET CBA ……………………………………………………………………....22 II.5 .2PROFINET IO………………………………………………………………………….22 II.5.2.1 Le fonctionnement de Profinet IO……………………………………..23 II.5.2.1.1. Contrôleur d’E/S…………………………………………………….23 II.5.2.1.2. Périphérique d’E/S………………………………………………….23 II.5.2.1.3 Superviseur d’E/S……………………………………………………23 II.5.3Attribution d'adresse……………………………………………………24 II.6 Conclusion…………………………………………………………………24 Chapitre III: Logiciel et programmation III.1Introduction………………………………………………………………………………26 Sommaire III.2 TIA Portal V13……………………………………………………………………….….26 III.2.1 Les avantages du logiciel TIA portal……………………………………………….…27 III.3 Création d’un nouveau projet SUR TIA PORTAL……………………………………..27 III.3.2Créer un projet ……………………………………………………………………...…28 III.3.3Configurer un appareil ………………………………………………………………...29 III.3.4 Vue du projet……………………………………………………………………….…30 III.3.5Configuration matérielle…………………………………………………………….…31 III.3.5.1Adressage des E/S…………………………………………………………………....31 III.3.5.2 Les variables API…………………………………………………………………...32 III.3.5.2.1 Adresses symbolique et absolue……………………………………………….….32 III. 3.5.3 Table des variables API…………………………………………………………....32 III.3.6 Adresse Ethernet de la CPU……………………………………………………….......32 III.4 Configure-t-on, dans WinCC (TIA Portal), une liaison entre un pupiter IHM ou un Wincc RunTime Advanced………………………………………………………………...…33 III.4.1Variables HMI…………………………………………………………………………35 III.5 Programmation…………………………………………………………………………..36 III.5.1Les blocs…………………………………………………………………………….…36 III.5.1.1Les blocs d’organisation……………………………………………………………..36 III.5.1.2Blocs fonctionnelles (FB)………………………………………………………...….37 III.5.1.3Bloc fonction (FC)…………………………………………………………………...37 III.5.1.4Blocs de données ………………………………………………………………….…37 III.5.2Blocs système de communication PUT ET GET……………………………………....38 III.5.3Programmation de la communication Client/serveur ………………………………….39 III.5.4Liaison avec l’automate……………………………………………………………...42 III.5.4.1Paramétrage de l’interface PG/PC…………………………………………………...42 III.5.5WinCC sur TIA portal………………………………………………………………….42 III.6Compilation et simulation………………………………………………………………..45 Sommaire III.6.1 PLCSIM……………………………………………………………………………….45 III.6.2RUNTIME……………………………………………………………………………..45 III.7Réalisation pratique………………………………………………………………………46 III.8Conclusion……………………………………………………………………………….47 Conclusion générale…………………………………………………………………………...48 Bibliographies…………………………………………………………………………………..49 Sommaire Sommaire Liste des figures Liste des figures Figure. I.1:Un automate programmable industriel (API)……………………………………….2 Figure. I.2. Automate programmable siemens avec modules associés……………………..…4 Figure I.3. Structure interne d'un Automate Programmable Industriel………………………..5 Figure I.4. La mémoire d'un API………………………………………………………..…….6 Figure I.5. Interfaces des E/S d’un API……………………………………………………….7 Figure I.6. Modèle de base des communications……………………………………………..8 Figure I.7. L’automate programmable S7-1200………………………………………..……11 Figure I.8. Module 16 DI / 16 DO…………………………………………………………...12 Figure I.9. Module AI4………………………………………………………………………13 Figure II.1 : Topologie des réseaux en étoile…………………………………………..……20 Figure II.2 : Topologie des réseaux en bus……………………………………………..…....20 Figure II.12 : Topologie des réseaux en anneau……………………………………………..21 Figure II.4 : profinet dans le modèle OSI……………………………………………………21 Liste des figures Figure III.1 : Vue du TIA Portal…………………………………………………………….28 Figure III.2 : Créer un projet………………………………………………………………..28 Figure III.3 : Configurer un appareil………………………………………………………..29 Figure III.4:Vue du projet…………………………………………………………………..30 Figure III.5 : Adressage des E/S……………………………………………………………..31 Figure III.6 : Adresse Ethernet de la CPU………………………………………………....33 Figure III.7 : ajouter un appareil……………………………………………………………..33 Figure III.8 :l’adresse IP et le masque de sous-réseau de la station runtime……………...…34 Figure III.9 : la communication entre PLC1 et PLC2 et Pc-System………………………...35 Figure III.10 : Bloc d’organisation OB1 et OB100 et BD et FB………………………..…..37 Figure III.11 : Blocs de données………………………………………………………….…38 Figure III.12 : bloc PUT…………………………………………………………………..…39 Figure III.13 : bloc GET …………………………………………………………..……….40 Figure III.14 : Paramétrage de l’interface PG/PC…………………………………………...42 Figure III.15 : WinCC sur TIA portal…………………………………………………….....43 Figure III.16 : Animation d’une X_Adv_Ret…………………………………………….....43 Figure III.17: Le simulateur de S7-1214C………………………………………………..…45 Figure III.18 : Réalisation pratique ………………………………………………………....47 Liste des figures Symboles et abréviations Symboles et abréviations ISO Organisation internationale de normalisation OSI Interconnexion des systèmes ouverts MAC Contrôle d'accès au support LLC Contrôle de lien logique API L'automate programmable industriel E/S Entrées / Sorties T.O.R Tout ou rien IL Instruction List LD Ladder Diagram FBD Functions Block Diagram ST Structurel Text SFC Sequential Function Chart RT temps réel IRT temps réel isochrone (IRT) CBA Component Based Automation TIA Totally Integrated Automation Introduction générale 1 Introduction générale Les réseaux industriels sont désormais incontournables dans le monde de l’automatisme pour bien exploiter une installation. Les réseaux industriels apportent une grande souplesse aux systemes de contrôle / commande, ils diminuent les couts de cablage, il offre des possibilites nouvelles pour le contrôle et la supervision des installations, tant pour les equipes d’exploitation que de maintenance, de production ou de gestion. Les applications automatisées recouvrent des domaines multiples et varies dans des contextes tout aussi divers, avec des contraintes et des exigences qui leur sont propres.par conséquent, tout à la fois pour des raisons historique, économique et technologique, l’offre de solution en reseaux industriels de communication est pléthorique. Un certain nombre d’autre solutions de réseaux industriel de communication qui n’ont pas su ou pas pu évoluer ni se déployer sont devenues anecdotiques ou ont tout bonnement et tout simplement disparu. Le but de ce travail est de concevoir un réseau industriel, le simuler et le réaliser à l’aide de deux automates programmables, un Switch et une station PC dont TIA Portal est installé comme outil de configuration, de programmation et de commande. Ce mémoire comporte trois chapitres qui sont répartis comme suite : Après une présentation, au chapitre I, de l'automate programmable industriel (API).Nous avons expliqué, au chapitre II, le bus de communication profinet. Au chapitre III, nous avons illustré, le logiciel de programmation des automates SIEMENS et le logiciel de la supervision WinCC Advanced et simulé et réalisé un réseau industriel. Chapitre I Automate programmable industriel (API) CHAPITERE I : Automate programmable industriel (API) 2 I.1 Introduction Les premiers API ont été introduites en 1969 aux Etats-Unis pour satisfaire les besoins de l’industrie automobile. Le but recherché était de remplacer les armoires à relais utilisées pour l’automatisation des chaines de fabrication par des équipements moins couteux et surtout Plus faciles à modifier. I .2 Définition d’un API L'automate programmable industriel (API), ou en anglais ‘Programmable Logic Controller’ (PLC), est une machine électronique programmable destinée à piloter dans une ambiance industrielle et en temps réel des procédés logiques uploads/Litterature/ bahamma-karima 1 .pdf