Ethernet as a fieldbus. CERN 28 Septembre 2001

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1 Ethernet as a fieldbus CERN 28 Septembre

2 Communication dans l entreprise Volume de données Cout Gestion de production Automatisme Machines Robustesse Temps de Reponse 2

3 Communication dans l entreprise Années 1990 : 5 niveaux Stations de travail Automates Equipements périphériques CIM 3

4 Communication dans l entreprise Fin 90: 3 niveaux Stations de travail Ethernet privé Automates Réseau de contrôle privé Bus de terrain / capteur ouverts Equipements périphériques 4

5 Communication dans l entreprise 21ème siècle: 2 niveaux Stations de travail Automates Ethernet TCP/IP Equipements périphériques Bus capteur ouvert / ASI 5

6 Ethernet all in one : Pourquoi? Ethernet TCP/IP Capitaliser sur les technos IT Flexibilité des architectures Ethernet TCP/IP Plus de soucis de determinisme Facile à utiliser Couts en décroissance 6

7 Ethernet as a Fieldbus? Valeurs d usage d un bus de terrain Robustesse. Mécanique, CEM, ajout/suppression d eqpt,... Faibles coûts d installation matériels directs et indirects Faibles coûts de mise en œuvre pendant tout le cycle de vie Intégration au logiciel d exploitation de l automate Diagnostic / maintenance par personnel non qualifié Performances temps réel en rapport avec l application 7

8 Information system Ethernet Transparent Factory TM Bien plus qu un bus de terrain! Un serveur Web dans les équipements Une base de données distribuées temps réel Web servers Global data c Automation control system Plant level devices Accés distants «worldwide» sécurisés pour la programmation, le diagnostic, le dialogue homme / machine, jusqu au capteur Un protocole applicatif simple, largement répandu, assurant interopérabilité avec les tiers et compatibilité avec la base installée: Modbus I/O scanning Une intégration naturelle dans le réseau de l Entreprise Récuperation du câblage éxistant, administration globale SNMP, accés Internet pour doc en ligne, mise à jour, Simplification de l architecture réseau, suppression des passerelles vers les bus de terrain Câblage 8

9 Transparent Factory TM Diagnostic via le Web / applications Factory Cast A.lnk Internet Web browser WEB Server WEB Server WEB Server Plant data view Diagnostic & alarms viewer Customized Graphical pages WEB Server 9

10 Global Data Synchronisation d applications en temps réel Echange automatique de données à haute performance basé sur des échanges multicast au sein d un meme groupe DISTRIBUTION GROUP : IP multicast DATA DISTRIBUTION Groupe de distribution 2 CONTROL INTRANET Groupe de distribution n devices DATA DISTRIBUTION DISTRIBUTION GROUP : IP multicast TF Global Data Utilisant des mécanismes standard producteur / consommateurs pour diminuer la charge réseau NDDS Middleware UDP/IP Stack 10

11 HMI Ethernet as a fieldbus Déjà une réalité avec l I/O scanner Switch Rail Switch 10/100 TX/FX(SM) TSX Premium TSX Quantum Hub Hub Hub Hub RH1-TP RH1-TP Ethernet RH1-TP RH1-TP M1E Hub RH1-TP I/O Scanner Scanned I/Os 1 à 64 équipements par scanner 11

12 I/O Scanner On configure le module; ça marche! Établit et gère la connexion des équipements distribués Assure la communication API / équipt. distribués Met à jour automatiquement les données automates E/S, status, gestion des positions de repli Périodes de scrutation configurable par équipement Cycle lecture E/ traitement/ ecriture S: 3 temps de cycle API Jusqu à 64 stations Produits =S=: Entrées / sorties, variateurs, Terminaux Graphiques, automates,... tout équipement supportant une connexion Ethernet TCP/IP et un serveur Modbus 12

13 Messagerie Modbus sur TCP/IP Language natif géré par le système RESERVED Functions PRIVATE Functions Client / serveur READ / WRITE bit / mots (Max 240 Octets) Protocol ouvert Well known Listen port 502, RFC bientot... Specifications publiques: PUBLIC Functions MODBUS APPLICATION LAYER Modbus on TCP TCP IP Other MODBUS+ / HDLC Master / Slave Ethernet II /802.3 Other Physical layer EIA/TIA-232 or EIA/TIA-485 Ethernet Physical layer 13

14 Maitrise des performances Qualité de service Ethernet haute vitesse, mais non déterministe Architecture réseau adaptée (Switches) De nombreux services cohabitent dans le coupleur Temps réels Périodiques: Global Data, I/O scanning Non périodiques: Messagerie Modbus / UNI-TE Non critiques WEB access SNMP management Mise à disposition de mécanismes de contrôle d allocation de la bande passante Messaging I/O Scanning Global Data Web & Network Mgt 14

15 Visualisation en mode conf / debug PL7 Répartition trafic / service 15

16 Ethernet as a fieldbus Déjà une réalité avec l I/O scanner... Mais des axes d améliorations subsistent: Réduction des coûts de câblage Performances 16

17 MO DICO N MO DICO N Ethernet - Transparent Factory Un système de cablage industriel Enterprise level Encore trop cher,... Cat 5, foiled & shielded, RJ45 précablé en usine Norme automate IEC Certification marine Mais partagé avec IT! 10M Ethernet 100 M Ethernet Fiber or Shielded Twisted Pair Switch 10 / 100 M auto-sensing Objectif: Mème niveau de service Topologie en ligne Réduction drastique des coûts Hub Collision Domain 1 Collision Domain 2 Collision Domain 3 Collision Domain 4 17

18 Amélioration des performances Utilisation du stack NDDS de l IDA pour la fonction I/O scanner Producteur/consommateur Coupleurs Full Duplex Suppression des collisions Suivi de l évolution des standards Ethernet Débits, technologies, gestion des priorités... JVM embarquée dans le coupleur pour support application locale. (serveur Web actif) 18

19 Bandwidth Management Factory Cast HTTP Web Diagnostic Network Management Global Data NDDS (IDA) SNMP Messaging MODBUS I/O Scanning Automatic Device Replacement DHCP / FTP 19

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