INTRODUCTION AUX RESEAUX LOCAUX INDUSTRIELS

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1 Introduction aux Réseaux Locaux Industriels ou Bus de Terrain INTRODUCTION AUX RESEAUX LOCAUX INDUSTRIELS I) Définir le Bus de Terrain II) Avantages et Inconvénients III) Hier et Aujourd hui IV) Classification V) I.S.O. et Bus de Terrain VI) Exemples VII) TCP/IP et Bus de Terrain I) Définir le Bus de Terrain TERRAIN = Délimite une zone géographique (Usine,Atelier,Voiture...) I) Définir le Bus de Terrain BUS DE TERRAIN = Réseau de Communication Numérique reliant différents types d équipements d automatisme BUS = Ensemble des fils utilisés pour l échange de données entre différents circuits électroniques RESEAU =Ensemble de lignes de communication qui desservent une même unité géographique M V

2 BUT INITIAL: Remplacement des boucles de courant -0 ma Mais aussi : * DISTRIBUTION : Décentralisation du contrôle, Traitement des alarmes, Diagnostics * INTELLIGENCE : Déportée au niveau de ces équipements * INTEROPERABILITE : Système ouvert M M V V II) Avantages et Inconvénients REDUCTION DES COUTS : Réduction massive du câblage Possibilités de réutiliser le câblage existant Réduction du matériel nécessaire à l installation REDUCTION DES COUTS DE MAINTENANCE Complexité moindre => Fiabilité accrue Maintenance plus aisée : Dépannage «On Line» Outils dédiés Flexibilité pour l extension du bus II) Avantages et Inconvénients PERFORMANCES GLOBALES ACCRUES: Précision de la communication numérique Informations sont disponibles à tous les équipements Dialogue entre équipements est directe Structure Distribuée permet un éclatement de l algorithme en plusieurs tâches Interopérabilité : Connexion d équipements hétérogènes 8

3 II) Avantages et Inconvénients INCONVENIENTS: Prise en compte de l information en Temps Réel Sécurité des informations Choix du réseau Topologie Accès au bus Vitesse Médium Standard ou Propriétaire Coût direct du prix du Bus de Terrain III) Hier et Aujourd hui 90 Process de contrôle de capteurs de pression 90 Standard de la boucle de courant -0 ma 90 Boom des processeurs => API 980 Bus de terrain propriétaires 99 Standardisation de la couche physique 99 Fieldbus Foundation = WorldFIP (World Factory Information Protocol) EUROPE ISP (Interoperable System Project) USATopologie 998 Standardisation de la couche Liaison 9 0 III) Hier et Aujourd hui CONSTAT: Nombre de bus de terrain en Europe: 99 : : Fort accroissement du nombre de bus de terrain dans le monde ( sauf en France) La Standardisation a assaini l offre, mais il reste encore trop de standards et beaucoup trop de bus propriétaires Il existerait 000 Bus de Terrain différents III) Hier et Aujourd hui Standard IECC 8: Regroupe 8 bus de terrain différents sous le même standard ControlNet Foundation Fieldbus - H Foundation Fieldbus - HSE Interbus P-Net Profibus SwiftNet WorldFip

4 L'INTEGRATION IV) CLASSIFICATION FONCTIONS SYSTEMES INFORMATIONS IV) CLASSIFICATION VOLUME DE DONNEES USINE ATELIER CELLULE MACHINE GESTION ENTREPRISE CONTRÔLE PRODUCTION COMMANDE CENTRALISEE SUPERVISION AUTOMATISATION CALCULATEURS MICRO- ORDINATEUR API CONTROLEURS REGULATEURS FICHIERS TABLEAUX MESSAGES MOTS USINE ATELIER CELLULE MACHINE TERRAIN TEMPS NON CRITIQUE TEMPS > 0 s TEMPS < s TEMPS < 0, s T < 0.0 s TRAITEMENT DE DONNEES TRAITEMENT DE DONNEES EN TEMPS REEL TERRAIN DONNEES CAPTEURS ACTIONNEURS BITS PYRAMIDE CIM (Computer Integrated Manufacturing) Temps de réponse PYRAMIDE CIM (Computer Integrated Manufacturing) IV) CLASSIFICATION USINE ATELIER CELLULE MACHINE TERRAIN INTERNET RESEAUX INFORMATIQUES BUS D USINE BUS DE TERRAIN BUS SENSEUR/ACTEUR IV) Classification (Bus d usine:) Réseau Local Industriel basé sur ETHERNET Un PC Industriel sert de passerelle entre le réseau informatique et le bus de terrain BUS DE TERRAIN Relie des unités intelligentes qui coopèrent Temps de réaction de quelques millisecondes Communication de type Maître/Esclaves ou MultiMaîtres Possibilités d accès au niveau inférieur BUS SENSEUR/ACTEUR ( ou Capteur/Actionneur) Relie entre eux des nœuds à intelligence limitée ou nulle( E/S déportées) Temps de réaction très rapide Communication Maître/Esclaves

5 IV) CLASSIFICATION USINE ATELIER CELLULE MACHINE TERRAIN T O K E N R I N G E T HE ET R NH E T R N E T PROFIBUS FMS WORLDFIP BITBUS TCP/IP RNIS SATELLITE MODEM PROFIBUS-DP INTERBUS-S LONWORKS CAN PROFIBUS-PA AS-i V) I.S.O. et BUS DE TERRAIN Le Modèle I.S.O. Le modèle d Interconnexion des Systèmes Ouverts (I.S.O) de l Organisation de Standardisation Internationale (O.S.I)sert de référence à tous les systèmes de communication. APPLICATION PRESENTATION SESSION TRANSPORT RESEAU Interface avec l application Représentation des données Synchronisation du dialogue Connexion entre les hôtes distants Routage=Acheminement des paquets Construction des trames + Détection des erreurs PYRAMIDE CIM et les Réseaux PHYSIQUE Codage des bits + Caractéristiques électriques 8 V) I.S.O. et BUS DE TERRAIN Le Modèle I.S.O. possède couches Couches de à : couches basses chargées d assurer un transport optimal des données Couches à : couches hautes chargées du traitement des données SERVICE APPLICATION PRESENTATION SESSION TRANSPORT RESEAU PHYSIQUE PROTOCOLE SUPPORT PHYSIQUE MESSAGES PAQUETS TRAMES BITS APPLICATION PRESENTATION SESSION TRANSPORT RESEAU PHYSIQUE V) I.S.O. et BUS DE TERRAIN Le Bus de Terrain Le bus de Terrain est basé sur la restriction du modèle I.S.O. à couches. APPLICATION PHYSIQUE Les couches à sont vides: Pas d interconnexion avec un autre réseau Couche Liaison = L..L.C. : Logical Link Control M.A.C. : Medium Access Control 9 0

6 - V) I.S.O. et BUS DE TERRAIN VI) EXEMPLES COUCHE : L.L.C. : Logical Link Control APPLICATION Filtrage des messages Recouvrement des erreurs bit/trame Notification de surcharge LLC MAC M.A.C. : Medium Access Control Mise en trame: émission/réception Détection et signalisation du bit erreur Arbitrage: gestion de l accès au médium PHYSIQUE ) AS-i (Actuator Sensor Interface) Le Standard International pour le bus de terrain de plus bas niveau Caractéristiques de AS-i + - ALIM Puissance Réseau de Capteurs / Actionneurs PHYSIQUES Topologie: Libre Médium: Câble fils non blindés Distance: 00m (00 répéteurs) Nombre de nœuds: esclaves COMMUNICATION Principe de communication: Maître/Esclave par polling Vitesse: temps de cycle < ms Taille des données: bits DIVERS Esclave = entrées TOR+ sorties TOR + bits de paramétrage E/S analogique possible Données et puissance sur le même câble (jaune)

7 ) PROFIBUS DP (Distributed Periphericals) PHYSIQUES Topologie: Libre Médium: Paire torsadée, fibre Distance: 00m à Mbps 00m à 9. Kbps Nombre de nœuds: COMMUNICATION Principe de communication: Maître/Esclave Vitesse: 9. Kbps à Mbps Taille des données: octets DIVERS Profibus PA dépend d un maître sur Profibus DP vitesse=. Kbps Données et puissance sur le même câble PROFInet bus de terrain sous TCP/IP devrait remplacer Profibus FMS VII) TCP/IP et Bus de Terrain Les réseaux informatiques ont généralement tous adoptés le protocole TCP/IP APPLICATION TELNET,FTP,WEB PRESENTATION SESSION TRANSPORT RESEAU XDR RPC TCP IP ETHERNET PHYSIQUE INTERNET = Connexions de l ensemble des réseaux TCP/IP TCP/IP peut-il envahire les Réseaux Locaux Industriels? Contre TCP/IP Pour TCP/IP Protectionisme commerciale et politique Chaque Bus de Terrain a ses propres caractéristiques et avantages TCP/IP n est pas temps réel Capacité mémoire importante et processeur puissant Mauvaise protection (sûreté de l information) Le PC Industriel est présent dans le secteur industriel Faible coût des cartes Ethernet pour PC Protocole TCP/IP bas niveau = Sockets BSD Interconnexion existante : ponts, routeurs, passerelles INTERNET Télémaintenance A Distance Supervision 8

8 TCP/IP aujourd hui dans l industrie EasyIP: solution FESTO à travers TCP/IP TCP/IP aujourd hui dans l industrie AIDIAG Premium (Schneider) Permet l analyse et la mise au point d installation automatisée Envoi automatique par des enregistrements 9 0 TCP/IP aujourd hui dans l industrie E/S déportées sur ETHERNET TCP/IP (WAGO Contacts) CONCLUSION Le bus de terrain est présent dans tous les milieux industriels L automaticien d aujourd hui doit avoir de nombreuse compétences: automatique, automate programmable, capteurs, pneumatique, hydraulique, électrotechnique, informatique Réseaux Locaux Industriels Les bus de terrain permettent l échange de données entre: un automate et des capteurs/actionneurs des automates des automates et un PC

9 CONCLUSION TCP/IP est de plus en plus présent en automatisme: La Supervision sur PC a fait accélérer ce mouvement Plusieurs constructeurs remplacent leur réseau local industriel ETHERNET par une solution TCP/IP Plusieurs constructeurs amène TCP/IP jusqu au niveau terrain TCP/IP et ETHERNET devrait prendre de plus en plus de place en automatisme, mais il ne remplacera pas les bus de terrain