Réseau de supervision ETHERNET TCP-IP Switche Hirshmann

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1 Réseau de supervision ETHERNET TCP-IP Switche Hirshmann PAGE 1

2 TABLE DES MATIERES Les systèmes de conduite page N 3 Exemple page N 5 Réalisation d une page de supervision page N 8 Communication avec un serveur de données OPC page N 11 La supervision réseau avec l outil HIDvision page N 17 La sécurisation du réseau et la création de VLAN page N 24 Mise en place d un serveur OPC (OLE process control) sur kepserver page N 26 Dossier annexe ETUDE D UN CAS SUR PCVUE page N 35 Introduction aux réseaux de communication LAN Ethernet TCP-IP page N 80 Le bus de terrain MODBUS page N 84 Le protocole d échange OPC page N 97 Les réseaux locaux virtuels page N 100 PAGE 2

3 Les systèmes de conduite : Le concept CIM 1) Le concept CIM appliqué aux systèmes de conduite du navire Il est important d avoir une vue d ensemble d un système de conduite. Le modèle CIM offre cette vue d ensemble. 1.1) Le modèle CIM (Computer integrated manufacturing) La pyramide du CIM, définit le modèle d'usine industrielle au sens de l'automatisation et de la communication. Ce modèle peut très bien s adapter aux systèmes de conduite d un bâtiment (propulsion, usine électrique, stabilisation ) Actuellement, elle décrit les différents niveaux de communication sous une forme quantitative des données à véhiculer. Le choix du réseau est différent selon les niveaux dans la pyramide. On prendra couramment Ethernet TCP/IP pour les niveaux 2 à 4. Pour le niveau 1 et 0, on est dans le domaine des Bus et réseaux de Terrain Industriels qui offrent rapidité, déterminisme et une très bonne tenue aux contraintes d environnement. Complétez sur la partie gauche du schéma ci-dessous le nom des différents équipements Les réseaux informatiques permettent de relier entre eux toutes les composantes de l installation Il n existe pas de réseau «unique». Il y a une multitude de réseaux possibles selon les performances attendues. Il faut bien comprendre qu il y a un échange d informations bidirectionnelles de la partie supervision vers la partie opérative (ordres de pilotage et information de supervision qui traduit l état physique de process) PAGE 3

4 1.2) La supervision 1.2.1) principe Dans l'industrie, la supervision est une technique de suivi et de pilotage informatique de procédés de fabrication automatisés. La supervision concerne l'acquisition de données et la modification manuelle ou automatique des paramètres de commande des processus généralement confiés à des automates programmables, des machines spéciales, des robots 1.2.2) Architecture matérielle et logicielle La partie supervision est constituée des éléments suivants : - De plusieurs PC industriel qui ont été durci pour un environnement embarqué avec un système d exploitation grand public (LINUX, WINDOWS) et des logiciels de supervision propriété de l industriel - des consoles graphiques - Du matériel réseau et d un bus de supervision pour faire communiquer les différents systèmes informatiques entre eux PAGE 4

5 Exemple : PAGE 5

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8 Réalisation d une page de supervision Supervision d une turbine à gaz 1) But On se propose lors de ce TP de mettre en place les éléments logiciels et matériels afin de réaliser une page de supervision du turbine à GAZ. 2) Objectifs L étudiant devra être capable : - De décrire les différents éléments logiciels et matériels qui participent à cette supervision - D établir un synoptique sur PCVUE afin de créer une IHM rudimentaire de supervision - D exploiter les résultats issus d un programme sniffer de trame ETHERNET TCP-IP - De définir le rôle d un serveur OPC - De décrire les différents échanges entre une station de supervision, un serveur OPC, un automate programmable émulé par un serveur MODBUS-TCP. - D établir la forme d une trame qui circule sur le réseau MODBUS TCP 3) Prérequis - Cours sur les réseaux à technologie TCP/IP et les réseaux IP industriels. - Cours sur les bus de terrain et le protocole MODBUS TCP - Cours sur les serveurs de données OPC 4) Présentation du système technique Poste N 4 Serveur OPC PC-HOST37 Poste N 3 PCVUE Poste N 1 SW4 ECE5553EC45F IHM PCVUE Switche RS20 SW1 ECE5553EC46B SW3 ECE5552ED4D7 SW2 ECE5553EC47B Joystick Simulateur TAG Poste N 2 Manuel ou auto M Moteur DC PAGE 8

9 Pour des raisons de simplicité, la supervision se limite aux éléments suivants : - La supervision sera réalisée par les quatre postes informatiques notés Poste 1 à poste 4 - Le bus de supervision est réalisé par quatre switches de la société Hirshman SW1 à SW4 - Les automates programmables, le calculateur EEC, la turbine à GAZ et tous les auxiliaires sont simulés par un simulateur logiciel implanté sur le poste N 2 - Le serveur de données OPC est implanté sur le poste N 4 Les échanges d information se font de la manière suivante : Postes de supervision Poste OPC Serveur OPC Clients OPC POSTE N 3 Storage Group Server Client MODBUS TCP Simulateur TAG POSTE N 4 Serveur Modbus TCP POSTE N 2 Les postes de supervision interrogent les serveurs OPC (OLE control process voir cours) qui mémorisent l état du système (interrogation permanente des automates programmables) via le protocole MODBUS TCP. Une base de données mémorise les différentes grandeurs physiques du système TAG. Le serveur OPC disposent : D une base de données comprenant un archivage des différents variables d états du système du domaine mobilité afin d analyser sous forme d historique celles-ci. Les différents applicatifs Des services IP pour l interrogation à distance du serveur Les postes clients OPC (stations opérateurs) interrogent le serveur OPC par l intermédiaire d applicatifs qui permettent: D interroger la base de données pour avoir un historique des différentes variables d états du système d avoir un outil d analyse d alarme pour le déclenchement des différentes alarmes liées à la surveillance des variables d états du système. de reporter sur les Interfaces hommes machines des applicatifs de supervision, l état des différentes variables du système. PAGE 9

10 5) Mise en place des éléments matériels du domaine de mobilité On donne ci-dessous les paramètres de configuration matérielle Physique MAC logique IP Masque de sousréseau commentaire Ethernet Poste N Poste N Poste N Poste N SW1 ECE5553EC46D SW2 ECE5553EC47B SW3 ECE5552ED4D Manageur d anneau Hyper Ring SW4 ECE5553EC45F ) Installation et paramétrage des éléments réseaux 5.1.1) Quelle classe d adresse IPV4 a-t-on choisi? 5.1.2) Pourquoi avoir choisi ce masque de sous-réseau, quel est le nombre de sous réseau? 5.1.3) Dans la documentation constructeur page N 73 donnez ci-dessous le type de support physique utilisé? Type de support physique Switche vers poste de supervision Switche vers switche PAGE 10

11 5.1.4) Que veut dire l abréviation? RS20-06M2M2SDAP 5.1.5) Complétez le schéma de câblage entre les différents éléments ci-dessous : DB9 Interface V24 RJ45 Interface 100base TX 5.1.6) Câblez matériellement les différents éléments entre eux 5.1.7) Configurez le switche sur lequel votre poste est connecté, en utilisant les deux méthodes suivantes : CLI (command line interface) (page N 32) HIDdiscovery (page N 33) PAGE 11

12 5.2) Mise en place de la page de supervision a) En vous référant au dossier annexe réalisez sur le logiciel PCVUE le synoptique de supervision suivant : Par une commande MSDOS, déterminez l adresse IP de l ordinateur qui fera tourner PCVUE. 5.3) Mise en place du serveur OPC et capture de trame a) Réalisez par la suite la configuration du serveur OPC en sauvegardant la configuration sous le nom de fichier TAG.opf. Testez votre fichier sur le serveur OPC b) Lancez le simulateur de TAG sur le poste N 2. Lancez le logiciel PCVUE en mode simulation et vérifiez le bon fonctionnement c) On souhaite relever les trames MODBUS TCP qui circulent entre le serveur OPC et le simulateur de TAG. On utilisera la technique du Miroir de port (Port mirroring) qui permet la réplication du trafic réseau d'un port source ou d'un VLAN sur un autre port destination Ouvrir le serveur web du switche que vous avez configuré et allez dans la rubrique diagnostic- port mirroring. PAGE 12

13 Allez dans basic setting -load/save et cliquez sur save pour sauvegarder la configuration d) Lancez sur votre poste une capture de trame (logiciel wireshark), programmez la valeur 50 comme consigne de puissance TAG sur PCVUE et envoyez la trame. Une fois la trame envoyée arrêtez la capture. e) Sur la première trame MODBUS-TCP, relevez les adresses IP et les numéros de port, conclure. PAGE 13

14 f) Sur la trame MODBUS-TCP qui véhicule l information consigne, relevez et interprétez les différents champs d informations que l on retrouve sur la couche application du modèle OSI. g) Interprétez la trame d acquittement fournie par le serveur MODBUS-TCP. PAGE 14

15 Lancez sur votre poste une capture de trame (logiciel Wireshark). Arrêtez la capture et relevez la trame question pour la demande de puissance. Interprétez les différents champs d informations que l on retrouve sur la couche application du modèle OSI Sur la trame réponse puissance interprétez les différents champs d informations que l on retrouve sur la couche application du modèle OSI. PAGE 15

16 5.4) La supervision réseau sur l outil HIvision 5.4.1) Présentation Hivision est un logiciel de surveillance et de contrôle réseau avec une détection automatique de la topologie des réseaux du type Hirshmann. Il permet l administration à distance des éléments matériels réseaux paramétrables grâce aux protocoles de la couche application SNMP (service network managment protocol) ) Mise place de la supervision et du contrôle réseau Lancez le logiciel Hivision PAGE 16

17 Puis faire fichier - nouveau projet et après scan réseau Choisir la plage d adresse de notre réseau et cliquez sur ok PAGE 17

18 Les différents éléments matériels apparaissent Cliquez droit sur topologie automatique PAGE 18

19 La nouvelle topologie apparait avec les liens PAGE 19

20 PAGE 20

21 Les différentes informations du switche apparaissent On souhaite visualiser la température du swicthe, copier le témoin température PAGE 21

22 Et coller l élément température sur la topologie réseau On peut activer une alarme lorsque la température dépasse un seuil dans les propriétés de l objet PAGE 22

23 5.5) La sécurisation du réseau et la création de VLAN Afin de sécuriser chaque port du switche on souhaite associer une adresse physique ou IP sur les ports. Paramétrez une adresse quelconque exclusivement sur le port3 et Faite la modification nécessaire sur la page web de paramétrage de votre switche le plus proche. Vérifiez si votre poste branchée au switche peut encore dialoguer sur le réseau. Déprogrammez par la suite cette sécurité On souhaite créer les VLAN suivants : Poste N PC-HOST37 Poste N 3 VLAN2 Poste N VLAN1 SW4 ECE5553EC45F Switche RS20 SW1 ECE5553EC46B SW3 ECE5552ED4D7 VLAN SW2 ECE5553EC47B VLAN1 sur port N 3 VLAN2 sur port N VLAN1 Poste N PAGE 23

24 Vérifier si vous pouvez toujours joindre les différents membres du réseau sur VLAN1 et VLAN2 Conclure? PAGE 24

25 Tutorial Mise en place d un serveur OPC (OLE process control) sur kepserver Lancez le logiciel Kepserver Click pour additionner un nouveau canal Choisir MODBUS Ethernet PAGE 25

26 Configurez la liaison Ethernet en choisissant la carte réseau Ethernet PAGE 26

27 PAGE 27

28 Cliquez pour avoir un nouveau device Choisir MODBUS TCP PAGE 28

29 Rentrez l adresse IP du serveur OPC Cliquez sur suivant pout toutes les autres fenètres jusqu à la fin Cliquez droit pour additionner un nouveau TAG PAGE 29

30 Rentrez les différents variables OPC ainsi que le paramétrage des trames MODBUS TCP Nom de la variable Type de donnée Adresse Adresse Modbus Code fonction TAGCOUPLE float TAGETA float TAGFUEL float TAGP48 float TAGPUISSANCE float TAGREGLEPUISS word TAGSFC float TAGT48 float Pour un code fonction lecture Pour un code fonction écriture Sauvegardez le fichier de configuration sous le format tag.opf PAGE 30

31 PAGE 31

32 Paramétrage par le logiciel HIDiscovery Lancez le logiciel HIDdiscovery Les différents éléments du réseau apparaissent Choisir le switche qui vous intéresse et cliquez sur propriétés PAGE 32

33 Ouvrir un client web type internet exploreur en tapant l adresse IP du serveur WEB du switche PAGE 33