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® PROCESS FIELD BUS PROFIBUS Manuel Technique Septembre 1999 PROFIBUS Brochure

® PROCESS FIELD BUS PROFIBUS Manuel Technique Septembre 1999 PROFIBUS Brochure - No. 4.002-FR Table des matières 1. Les nouvelles donnes de la communication industrielle………………………………………………………………………2 2. Les différents profils de PROFIBUS………………………………………………………………………………………………..3 2.1 Profils de communication................................................................................................................................................3 2.2 Supports physiques ........................................................................................................................................................3 2.3 Profils applicatifs.............................................................................................................................................................4 3. Les fondements de PROFIBUS……………………………………………………………………………………………………...4 3.1 Architecture de communication.......................................................................................................................................5 3.2 Transmission RS 485......................................................................................................................................................5 3.3 Transmission CEI 1158-2 ...............................................................................................................................................7 3.4 Transmission optique....................................................................................................................................................10 3.5 Méthode d’accès sur PROFIBUS .................................................................................................................................10 4. Le profil de communication DP……………………………………………………………………………………………………12 4.1 Fonctions DP de base...................................................................................................................................................12 4.1.1 Caractéristiques fondamentales ............................................................................................................................13 4.1.2 Configuration du système et types d’équipement..................................................................................................13 4.1.3 Comportement du système ...................................................................................................................................14 4.1.4 Transmission cyclique de données entre maître DPM1 et esclaves......................................................................15 4.1.5 Modes Synchro et Freeze ....................................................................................................................................15 4.1.6 Sécurisation...........................................................................................................................................................15 4.2 Fonctions DP étendues................................................................................................................................................16 4.2.1 Adressage des données par numéro d’emplacement et index..............................................................................16 4.2.2 Transmission acyclique de données entre maître DPM1 et esclaves...................................................................16 4.2.3 Transmission acyclique de données entre maître DPM2 et esclaves...................................................................17 5. Le profil de communication FMS………………………………………………………………………………………………….18 5.1 Services FMS ...............................................................................................................................................................19 5.2 Interface LLI..................................................................................................................................................................19 5.3 Gestion du réseau.........................................................................................................................................................20 6. Les profils applicatifs………………………………………………………………………………………………………………..20 6.1 Automatisation des procédés (PA)................................................................................................................................20 6.1.1 La communication sur PA......................................................................................................................................21 6.1.2 Les aspects applicatifs de PA................................................................................................................................22 6.1.3 Les blocs de fonctions de PA ................................................................................................................................23 6.2 Profil Sécurité (PROFISafe).........................................................................................................................................24 6.3 Gestion technique du bâtiment (GTB)...........................................................................................................................24 6.4 Profils d’équipement .....................................................................................................................................................25 7. La configuration et l’identification des équipements………………………………………………………………………….25 7.1 Fichiers GSD ................................................................................................................................................................25 7.2 Identification de l’équipement .......................................................................................................................................26 7.3 Fichiers EDD.................................................................................................................................................................26 7.4 Concept FDT ................................................................................................................................................................27 8. Les réalisations PROFIBUS………………………………………………………………………………………………………...27 8.1 Esclaves simples ..........................................................................................................................................................28 8.2 Esclaves intelligents......................................................................................................................................................28 8.3 Maîtres complexes........................................................................................................................................................28 8.4 Interfaces CEI 1158-2...................................................................................................................................................28 9. La certification………………………………………………………………………………………………………………………..28 10. Les évolutions de PROFIBUS…………………………………………………………………………………………….………30 11. L’avenir de PROFIBUS……………………………………………………………………………………………….…………….32 12. Les mots clés………………………………………………………………………………………………………………………..33 Les nouvelles donnes de la communication industrielle Manuel technique PROFIBUS (septembre 1999) 2 1. Les nouvelles donnes de la communication industrielle Les Technologies de l’Information jouent un rôle moteur dans la montée en puissance des systèmes d’automatismes. Bousculant l’organisation pyrami- dale de l’entreprise, révolutionnant ses schémas traditionnels et modifiant radicalement ses flux, elles n’épargnent aucun secteur d’activité (continu, manufacturier, logistique, GTB…). Les capacités de communication des équipements industriels et les liaisons transparentes qui irriguent toute l’entreprise sont les briques technologiques indispensables à l’édification des solutions d’automatisation de demain. La communication industrielle devient directe et transversale pour fédérer tous les équipements de terrain, mais aussi verticale afin d’intégrer tous les échelons de la pyramide CIM. Selon les exigences de l’application et ses contraintes économiques, des réseaux de communication évolutifs, parfaitement adaptés à l’industrie, tels PROFIBUS, AS-i et Ethernet, sont les pierres angulaires d’une connexion transparente de tous les domaines de la production. Á la base de l’édifice industriel, les signaux des équipements TOR sont transmis par un bus capteurs/actionneurs. Simplicité et économie sont ici de rigueur : il s’agit d’acheminer, sur un même câble, non seulement les données utiles (échanges cycliques), mais aussi l’alimentation en 24 V des appareils de terrain. C’est le domaine de prédilection du réseau AS-i. Au niveau terrain, la périphérie décentralisée (E/S, transmetteurs, variateurs de vitesse, vannes et interfaces opérateur) dialogue avec les automa- tismes sur un réseau alliant performances et com- munication en temps réel. Les données du procédé sont transmises de façon cyclique, tandis que les alarmes, paramètres et informations de diagnostic le sont de façon acyclique, au gré des besoins. PRO- FIBUS répond parfaitement à ces exigences en offrant un maximum de transparence aussi bien dans le domaine manufacturier que celui du pro- cess. Le dialogue inter-automates (API et PC industriels) relève du niveau cellule. Il faut échanger de gros volumes de données et compter sur une multitude de fonctionnalités de communication très puissantes. Autre exigence clé : la connectivité transparente des équipements à des réseaux couvrant tous les besoins de l’entreprise, à base d’Ethernet et de protocole TCP/IP (Internet/intranet). L’explosion des Technologies de l’Information en automatisation crée de nouveaux gisements d’économie, directement puisés dans l’optimisation des procédés, et contribue largement à une meil- leure exploitation des ressources. Les réseaux industriels sont les fers de lance de cette révolution. C’est le cas de PROFIBUS, véritable « colonne vertébrale » du système d’information de l’usine et objet du présent manuel. Son intégration à des réseaux reliant toute l’entreprise sur TCP/IP n’est pas en reste dans cet ouvrage : le chapitre 10 lui est consacré. Seule réserve, ce manuel ne traite pas du réseau AS-i : pour en savoir plus, consultez la do- cumentation du constructeur. PROFIBUS Cellule Terrain ES ES ES ES PROFIBUS sur Ethernet/TCP-IP API Capteurs/ actionneurs CEI 1158-2 RS 485/Fibre optique Manufacturier Manufacturier Process Process Internet Internet OS PC PC PC PC Réseau AS-i Complexité Coûts Protection contre l’explosion PROFIBUS Fig. 1 : Les outils de communication de l’entreprise industrielle et leur place au sein de l’usine Les différents profils de PROFIBUS Manuel technique PROFIBUS (septembre 1999) 3 2. Les différents profils de PROFIBUS PROFIBUS est un réseau de terrain ouvert, non propriétaire, répondant aux besoins d’un large éventail d’applications dans les domaines du manu- facturier et du process. Son universalité (indépen- dance vis-à-vis du constructeur) et son ouverture sont garanties par les normes européennes EN 50170 , EN 50254.et international IEC61158 PROFIBUS autorise le dialogue de matériels multi- constructeurs, sans passer par des interfaces spécialisées. Il se prête aussi bien à la transmission de données exigeant des actions réflexes, en des temps de réaction très courts, qu’aux échanges de grandes quantités de d’informations complexes. En perpétuelle évolution, PROFIBUS reste LE réseau de communication industriel du futur. PROFIBUS se décline en deux protocoles de transmission, appelés profils de communication, aux fonctions bien ciblées : DP et FMS. De même, selon l’application, il peut emprunter trois supports de transmission ou supports physiques (RS 485, CEI 1158-2 ou fibre optique). En outre, dans le cadre des évolutions techniques du réseau, l’association des utilisateurs du PROFIBUS travaille actuellement sur la mise en place des concepts universels d’« intégration verticale » de tous les niveaux de la pyramide CIM, sous TCP/IP. Enfin, les profils applicatifs définissent, pour chaque type d’équipement, le protocole et la technique de transmission adaptés à l’application. Ils s’attachent également à préciser le comportement des équi- pements, indépendamment de leur constructeur. 2.1 Profils de communication Ces profils ont pour objet de définir la façon dont les données sont transmises en série par l’utilisateur, sur un même support physique. DP Profil de communication le plus répandu dans l’industrie et le plus prisé pour sa rapidité, ses performances et sa connectique à faible coût, DP est réservé au dialogue entre automatismes et périphérie décentralisée. Il remplace à merveille la transmission classique de signaux parallèles en 24 V dans le manufacturier et de signaux analogi- ques sur boucle 4-20 mA ou interface Hart dans le process. FMS Profil universel, il excelle dans les tâches de com- munication exigeantes et s’accompagne de multi- ples fonctions applicatives évoluées gérant la communication entre équipements intelligents. Soumis toutefois à l’évolution du PROFIBUS et à la percée du monde TCP/IP au niveau cellule, force est de constater que le profil FMS est appelé à jouer un rôle de moins en moins important dans la communication industrielle de demain. 2.2 Supports physiques Le champ d’action d’un bus de terrain est largement dicté par le choix de son support physique. Aux exigences générales de fiabilité de la transmission, de gestion des longues distances et des débits PROFIBUS EN 50170 PROFIBUS EN 50170 RS-485 CEI 1158-2 Ethernet Fibre optique PA (Automatisation des procédés) Codeurs ProfiSafe (Sécurité) Supports Supports physiques physiques Profils de Profils de communication communication Profils Profils applicatifs applicatifs TCP/IP TCP/IP Extensions Evolutions futures PROFIDRIVE (VEF) ... ... Fig. 2 : Les trois grandes familles de profil PROFIBUS et la convergence de PROFIBUS et d’Ethernet Les fondements de PROFIBUS Manuel technique PROFIBUS (septembre 1999) 4 élevés, s’ajoutent des critères spécifiques, orientés process : fonctionnement en atmosphère dangereuse et transmission des données et de l’énergie sur un même câble. Autant de critères qu’aucune technique de transmission ne peut aujourd’hui satisfaire à elle seule ; d’où les trois profils physiques de PROFIBUS : • La liaison RS 485 répondant aux applications universelles de l’industrie manufacturière, • La transmission CEI 1158-2 adaptée au pro- cess, • La fibre optique, synonyme d’excellente immuni- té aux parasites et de longues distances. Précisons, toutefois, que l’avenir est à une couche physique PROFIBUS bâtie sur des composants Ethernet du commerce, capables de transmettre à 10 Mbit/s et 100 Mbit/s. Dans cette optique, l’offre PROFIBUS comporte déjà des coupleurs et des liaisons assurant la migration d’une technique à l’autre. Si les coupleurs mettent en œuvre le protocole de façon transpa- rente, en tenant compte des contraintes du milieu, les liaisons, par essence « intelligentes », dotent la configuration des réseaux PROFIBUS de fonction- nalités étendues. 2.3 Profils applicatifs Les profils applicatifs de PROFIBUS décrivent l’interaction du protocole de communication avec la technique de transmission utilisée. Ils définissent également le comportement des équipements de terrain sur PROFIBUS. Au premier rang de ces profils « métier » figure PROFIBUS-PA, qui décrit les paramètres et les blocs de fonctions d’instruments de process tels que transmetteurs, vannes et positionneurs. D’autres profils sont dédiés à la variation électronique de vitesse, à la conduite et uploads/Management/ pro-fib-us.pdf