Automates Et Réseaux Locaux Industriels

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  • LICENCE PROFESSIONNELLE

    M1-3 Composants et Automatismes

    AUTOMATES

    ET

    RESEAUX

    LOCAUX

    INDUSTRIELS

    Lyce L.RASCOL 10, Rue de la Rpublique

    BP 218. 81012 ALBI CEDEX

  • Sommaire

    LA COMMUNICATION

    Besoins en communications Les "plus" de la communication Le concept CIM

    Freins la communication

    TOPOLOGIE DES RESEAUX

    LE MODELE O.S.I.

    Prsentation du modle Mdias La couche physique La couche liaison La couche rseau La couche transport La couche session La couche prsentation La couche application

    BUS DE TERRAIN

    Introduction Avantages du bus de terrain A.S.I. CompoBus/S

    RESEAU D'ATELIER

    Introduction Rseau J BUS Rseau PROFIBUS

    - Rseau MPI - Rseau PROFIBUS DP

    RESEAU USINE

    Introduction Rseau ETHERNET

    BIBLIOGRAPHIE

  • MI-3 Composants et Automatismes

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    LA COMMUNICATION

    BESOINS EN COMMUNICATIONS

    ENTREPRISE

    Gestion : Comptabilit

    Bureau : Documentation, CAO, Dveloppement

    Production : Maintenance, surveillance, gestion de production

    Dans l'entreprise des informations circulent et les besoins varient suivant les utilisateurs.

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    BESOINS DE LA GESTION

    BESOINS DU BUREAU

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    BESOINS DE LA PRODUCTION

    Tous ces matriels industriels doivent en permanence changer des donnes entre eux grce aux RESEAUX LOCAUX INDUSTRIELS

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    LES "PLUS " DE LA COMMUNICATION

    % Amlioration de la qualit

    - Contrle et suivi permanent de la qualit

    - Tests en cours de fabrication

    % Souplesse et volution des fabrications

    - Comptitivit des produits

    - Varit des produits

    - Volume production augment

    - Flexibilit

    % Augmentation de la productivit

    - Optimisation des quipements

    - Diminution des dlais

    - Diminution des stocks

    % Prennit des installations

    - Raccordement simple de nouvelles units

    - Htrognit des quipements

    - Modularit

    - Intgration des donnes

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    LE CONCEPT CIM

    CIM: COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING

    MODELE DUSINE INTEGREE

    AUJOURDHUI : Impossibilit dchanger les donnes des diffrents niveaux via un mme rseau !

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    CLASSEMENT DES RESEAUX EN FONCTION DE LEUR TYPE

    Rseaux spcifiques : fournisseurs de systmes de contrle commande

    CGE ALSTHOM Alspa ZS

    Rseaux homognes: Proposs par des constructeurs dquipements automatiss

    OMRON SYSMACWAY - TELEMECANIQUE TELWAY Rseaux htrognes : Ils sont indpendants des constructeurs

    JBUS - MODBUS - COMPOBUS - ETERNET

    Classement des rseaux en fonction de leur niveau

    Bus de Terrain

    Au niveau Capteurs Actionneurs : ASI - CAN - BITBUS - BATIBUS

    Rseaux dateliers de cellules, dquipements

    Ouverts vers le monde htrogne des quipements dateliers : JBUS - PROFIBUS - SYSMACWAY

    Rseaux dusine

    Ouverts a la supervision au contrle commande : ETERNET - MAP - TOKEN RING

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    FREINS A LA COMMUNICATION

    DISTANCE ENTRE LES SYSTEMES ET AMBIANCES PARASITEES

    ASPECTS MECANIQUES DES ELEMNETS DE RACCORDEMENT

    ASPECTS ELECTRIQUES NATURE ET FORME DES SIGNAUX

    VOLUME ET DEBIT DES INFORMATIONS TRANSMISES

    - Instrumentation t < 0,01 S

    - Synchronisation t < 0,1 S

    - Connexion inter-quipements t < 1 S

    - Liaisons htrognes fort flux t > 10 S

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    HETEROGENEITE EST L'OBSTACLE MAJEUR

    ASPECTS PHYSIQUES

    Visibles ou observables par l'utilisateur, ils sont mcaniques ou lectriques.

    ASPECTS LOGIQUES

    En gnral ils sont cachs Faon de dialoguer Codage des informations Modes de synchronisation Protocoles de contrle etc. .......

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    TOPOLOGIE DES RESEAUX

    L'architecture d'un rseau comprend deux composantes:

    LA TOPOLOGIE : Elle caractrise la configuration des voies de transmission existant entre les diffrentes stations.

    LA REPARTITION DES FONCTIONS DU PROTOCOLE : Elle dfinit si toutes les stations ont les mmes fonctions ou, si une remplit le rle de matre tandis que les autres sont des esclaves.

    L'architecture d'un rseau dtermine les caractristiques suivantes:

    LA CONNECTIVITE : Possibilit que possde une station de pouvoir tablir la liaison " le dialogue" avec d'autres stations (connectivit totale ou partielle).

    LA DIFFUSION : Possibilit d'mettre, partir d'une station, un message vers l'ensemble des autres stations.

    LA RECONFIGURATION : Possibilit d'insrer ou de retirer une station du rseau, la reconfiguration pouvant s'effectuer pendant le fonctionnement ou non du rseau.

    LA SURETE DE FONCTIONNEMENT : Dfinit les consquences de la dfaillance d'une voie de transmission ou d'une station sur le fonctionnement du rseau.

    RESEAU EN ETOILE

    C'est la station centrale qui gre le rseau.

    AVANTAGES - Simplicit de gestion. - Mise en uvre simple si peu de stations. - Synchronisation facile des stations.

    INCONVENIENTS - Une seule liaison par station. - Reconfiguration dlicate. - Pas de connectivit directe. - Problme de suret de fonctionnement en cas de panne de la station centrale (arrt total). - Coteux (station centrale puissante).

    UTILISATION - Autocommutateurs tlphoniques (PABX) NON NORMALISE

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    RESEAU EN BUS

    AVANTAGES - Un seul mdia (homognit du rseau). - Mise en uvre simple. - Reconfiguration facile. - Moindre cot en ligne et en coupleurs.

    INCONVENIENTS - Le nombre de stations sera limit en fonction de la longueur du support. - Les conflits d'accs la voie de transmission vont entraner des difficults.

    UTILISATION - Rseaux Locaux Industriels J BUS - ASI - FIP - ETHERNET

    RESEAU EN ANNEAU

    Des voies point point relient les stations entre elles. Il existe un mcanisme de contournement des stations dsactives. AVANTAGES - La longueur de l'anneau peut tre grande. - La technique d'accs est normalise " PASSAGE DU JETON ".

    INCONVENIENTS - L'activit des stations limite la vitesse. - Le nombre des stations par anneau est limit.

    UTILISATION - Rseaux Locaux Industriels CAN - TELWAY - TOKEN RING (IBM)

    RESEAU EN MAILLE

    AVANTAGES - On vite les problmes poss par la dfaillance d'une station ou d'une liaison.

    INCONVENIENTS - Il est ncessaire d'avoir des algorithmes de routage pour choisir le meilleur chemin.

    UTILISATION - Peu utilis dans les R.L.I - On le rencontre dans les rseaux publics ou grands rseaux privs (tlcommunications).

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    LE MODELE O.S.I.

    L'organisme de normalisation internationale I S O (International Standard Organization), a lanc en 1977 les travaux de dfinition d'un modle de structuration du protocole pour l'interconnexion des systmes ouverts, appel modle O S I (Open Systems Interconnection). La norme a t adopte sous le numro IS 7498 en fin 1979. Elle est accepte par le CCITT (Comit Consultatif International du Tlgraphe et du Tlphone) rf X 200, par L'AFNOR (Association Franaise de NORmalisation) rf Z 70.001 et par les constructeurs de matriel informatique dont I B M.

    OBJECTIFS: 1) Proposer une architecture tlinformatique standard. 2) Servir de base pour la coordination du dveloppement de normes d'interconnexion de systmes htrognes.

    REMARQUE: Le modle ne spcifie ni les protocoles ni les services des couches fonctionnelles prsentes Un systme est ouvert si les communications se font conformment des propositions normalises. - Architecture selon le modle OSI, - Respect des protocoles de l'ISO.

    PRESENTATION DU MODELE

    Quand deux personnes souhaitent communiquer elles doivent respecter un protocole prcis. Il se dcompose logiquement en sous ensembles qui rpondent chacun un type de proccupation Ces sous ensembles sont adjacents deux deux et constituent chacun une couche du protocole global.

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    Modle d'architecture 7 couches pour l'interconnexion des systmes ouverts. Chaque couche offre ses services la couche suprieure et utilise la couche infrieure pour excuter son travail.

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    REMARQUES:

    1) Cas de la couche 2

    Pour les rseaux locaux, l'utilisation des topologies en bus ou en boucle implique une gestion sophistique des accs la voie de transmission. La couche LIAISON comprend deux sous couches.

    LLC: Logical Link Control (Sous couche de contrle de la liaison de donnes)

    MAC: Mdium Accs Control (Sous couche de contrle d'accs au support)

    2) Dfinition dune couche

    Une couche est dfinie par deux lments:

    % Le protocole: Ce sont les rgles de dialogue entre les entits communicantes pour les proccupations affectes cette couche uniquement.

    Le dialogue est qualifi d'horizontal.

    % Le service: Ce sont les rgles de dialogue entre la couche considre et la couche adjacente suprieure sur une mme entit.

    Le dialogue est vertical.

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    Les protocoles sont fortement dissemblables d'une couche une autre. En revanche, les services, sans trs identiques, peuvent tre formaliss de la mme faon pour toutes les couches. Quatre types de primitives sont distingus: REQUEST : Demande de service N+1 vers N

    CONFIRM : Rponse REQUEST N vers N+1

    INDICATION : Transmission de donne N vers N+1

    RESPONSE : Rponse INDICATION N+1 vers N

    La figure ci - dessus illustre le principe d'utilisation des primitives. En fonction du service concern, la prsence de RESPONSE ou de CONFIRM est obligatoire ou non.

    3) Comment a marche

    A lmission chaque couche rajoute des lments linformation, cest le processus dencapsulation. Ces lments seront utiliss la rception par les couches de mme niveau pour restituer les donnes lutilisateur, cest la dsencapsulation.

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    MEDIAS

    En raison de l'unit gographique qui caractrise les rseaux locaux, le support des voies de transmission est constitu essentiellement de fils ou de cbles mtalliques ou de fibres optiques.

    PAIRE TORSADEE BLINDEE

    Elle est constitue par deux conducteurs parallles spars par un isolant et torsads. L'ensemble est recouvert par une gaine tresse et conductrice le blindage. Le tout est enrob dans une enveloppe de protection.

    Moyen couramment utilis pour la propagation de signaux courte ou moyenne distance (1 Km) dans les bandes de frquence de 300 Hz 100 KHz. Problmes d'affaiblissement du signal et de diaphonie entre paires sur des distances suprieures au Km partir de 500 Hz.

    LE CABLE COAXIAL

    Ils sont classs par le rapport de leurs diamtres, le rapport d / D doit tre gal 3,6. Les rapports les plus courants sont: 2,6 / 9,5 et 1,2 / 4,4. Leur impdance est faible 50 75 Ohms. Leur bande passante large < 400 MHz. Ils sont utiliss principalement par les PTT pour multiplexer des voies tlphoniques. Ils sont les supports idaux pour les rseaux locaux industriels en raison de leur bonne immunit aux interfrences lectromagntiques et de leur faible attnuation.

    LA FIBRE OPTIQUE

    La fibre optique est un guide d'ondes cylindrique cre dans un matriau transparent (verre ou plastique) par variation de l'indice de rfraction vers la priphrie. Elle est insensible aux parasites lectromagntiques. Sa bande passante est tr s large, elle peut atteindre 4 GH z. L'attnuation est faible, des rpteurs sont ncessaires tous les 10 ou 50 Km.

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    Les transmissions pour les stations mobiles (chariots de transport autonomes filoguids), sont des cas particuliers qui utilisent des couplages magntiques ou optiques non permanents, ou des propagations d'ondes infrarouges dans l'air.

    Modem radio UHF : - 10mW, de 300 9600 B/s, - utilisable de plein droit, - 110/65/26 mm.

    Emetteur/Rcepteur Laser : - Communication numrique en full duplex, - 20 mW, jusqu' 34 Mb/s sur 2000 m - raccordement sur fibre optique.

    PERFORMANCES DES DIFFERENTS MEDIAS

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    LA COUCHE PHYSIQUE

    DEFINITION

    Elle dcrit les interfaces mcaniques et lectriques pour l'change des signaux porteurs des informations.

    STRUCTURE D'UNE LIAISON BIPOINT

    Une liaison simple du type point point comprend gnralement trois parties essentielles:

    Les ETD Equipement de Traitement de Donnes. Ex: ordinateur, automate, terminal intelligent .......

    Les ECD Equipement de Circuit de Donnes. Ex: convertisseurs de signaux, modems, multiplexeurs ......

    Les MEDIAS Ex: paire mtallique, coaxial, fibre optique.

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    METHODES DE COMMUNICATION ENTRE APPAREILS INFORMATIQUES

    LIAISON PARALLELE

    La liaison parallle est surtout employe l'intrieur des systmes informatiques via un BUS.

    BUS = ensemble de lignes donnant accs aux donnes internes du systme microprocesseur.

    BUS VME = Versa Module Eurocard - normalis " europen" - supporte des systmes mono ou multi processeurs de 8 ou 16 ou 32 bits. - autorise des transferts jusqu' 20 MHz et 20 Moctets/seconde. - protocole de transfert asynchrone non multiplex. - gestion de 7 niveaux d'interruptions.

    Exemple d'utilisation : Rack 7000

    LIAISON SERIE

    Voir cours correspondant

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    TRAITEMENT DU SIGNAL

    L'tude du transport de l'information ncessite de connatre:

    1) Les supports de transmission (bande passante). 2) La mthode utilise pour transmettre l'information sur le support. - Transmission en bande porteuse Les donnes reprsentes par une suite de bits sont codes en un signal lectrique suite de niveaux tension ou courant

    - Transmission en bande de base Avec le signal bande de base on module un autre signal sinusodal.

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    TRANSMISSION EN BANDE DE BASE

    L'information binaire transmettre est CODEE sous forme d'un signal CARRE appliqu directement sur le support.

    Avantages: - simplicit de mise en uvre. - cot relativement faible.

    Inconvnients: - utilisation sur courtes distances avec des dbits faibles moyens - attnuation des signaux. - bande passante limite vers les hautes frquences. - problme quand on une suite de 1 ou de 0.

    CODAGES BIPOLAIRES NRZ / NRZI

    1) NRZ (Non Retour Zro) 2) NRZI (Non Retour Zro Invers) si 1 Sn = + V si 1 Sn = Sn-1 (on recopie le signal prcdent) si 0 Sn = - V si 0 Sn = - Sn-1 (on inverse le signal prcdent). reprage obligatoire des fils. Pas d'ambigut sur le niveau 0. Simple raliser. Faible immunit aux parasites Distances d'utilisation 15 m MAXI Problme entier sur suite de 1 ou 0

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    CODAGES BIPHASES

    Le signal cod est une combinaison entre le signal d'horloge est le signal mettre. La priode d'horloge correspond la dure d'un bit.

    1) MANCHESTER I (BIPHASE)

    2) MANCHESTER II (BIPHASE DIFFERENTIEL)

    si 0 S n = S n-1 (on recopie le signal prcdent). si 1 S n = - S n-1 (on inverse le signal prcdent).

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    3) CODAGE MULTINIVEAUX

    Quand on veut transmettre un nombre dinformations trs important, on va coder simultanment plusieurs bits. La valeur de ces bits dpend du niveau lectrique du signal mis. Dans lexemple ci-dessous on code deux bits simultanment.

    ATTENTION On ne doit pas confondre

    Rapidit de modulation (BAUDS) nombre de bits mis par seconde

    Dbit binaire (BITS PAR SECONDE) nombre de bits transmis par seconde

    Ici si M = 1 seconde : - rapidit de modulation = 1 baud - dbit binaire = 2 bps

    On ne peut confondre bauds et bps que lorsque la liaison est assure en binaire sur deux niveaux.

    4) CONCLUSIONS

    - Simplicit de mise en uvre.

    - Cot d'installation intressant.

    - Performances.

    - Utilisation sur des distances courtes et des dbits faibles moyens.

    Ex : Domaine industriel (Supervision, commande procd ....)

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    TRANSMISSION EN BANDE PORTEUSE

    L'information binaire est module (on associe aux signaux binaires " donnes" un signal sinusodal " porteuse") et dmodule (fonction rciproque). On utilise pour cela des MODEMS. La porteuse peut tre module suivant plusieurs techniques.

    MODULATION DE PHASE

    Les deux tats 0 ou 1 du signal transmettre sont reprsents par des angles de phase (0 et 180).

    Si la donne est 0 alors le signal est en phase avec la porteuse.

    Si la donne est 1 alors le signal est en opposition de phase avec la porteuse.

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    MODULATION D'AMPLITUDE

    Les deux tats 0 ou 1 du signal transmettre sont reprsents par des amplitudes (A et A/2).

    Si la donne est 0 alors amplitude du signal gale A / 2.

    Si la donne est 1 alors amplitude du signal gale A

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    MODULATION DE FREQUENCE

    Les deux tats 0 ou 1 du signal transmettre sont reprsents par des frquences (f et 2f ).

    Si la donne est 0 alors frquence du signal gale 2f.

    Si la donne est 1 alors frquence du signal gale f.

    CONCLUSIONS

    - Dbits importants sur des distances leves. - Utilisation du rseau commut. - Multiplexage frquentiel des signaux sur un mme mdia de transmission.

    Les diffrents canaux sont INDEPENDANTS. Ils peuvent vhiculer des informations de types diffrents: - donnes numriques. - images. - voix ....

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    JONCTION

    TRANSMISSION PARALLELE

    IEEE 488

    C'est la seule norme base sur une transmission parallle, elle est appele aussi GPIB (Gnral Purpose Interface Bus). Les changes s'effectuent sur un BUS parallle. Tous les signaux sont compatibles TTL. Les performances maximales sont les suivantes: - 15 appareils connectables. - longueur du bus 20 m MAXI. - distance entre deux appareils 2 m MAXI. - dbit de 1 Mb/s.

    TRANSMISSION SERIE

    B C (BOUCLE DE COURANT)

    RS 232 C " EIA " (AVIS 24 " CCITT ")

    RS 485 " EIA "

    Voir cours correspondant

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    LA COUCHE LIAISON

    Dans les rseaux locaux elle comprend deux sous couches.

    SOUS COUCHE MAC Accs la voie

    Le partage du canal de transmission entre les communicateurs revient raliser un multiplexage temporel de l'accs ce canal. Deux types de multiplexage sont possibles.

    MULTIPLEXAGE SYNCHRONE

    Le temps d'accs allou chaque utilisateur est constant quels que soient ses besoins. Chaque utilisateur intervient cycliquement. Cette mthode est connue sous le nom de TDMA (Time Division Multiple Acces) Elle est utilise dans les autocommutateurs supportant un trafic de donnes, l'adressage est implicite, la position de l'information dans le flot dsigne l'metteur. Cette mthode trs simple prsente l'inconvnient de rserver la voie pour les utilisateurs n'ayant rien mettre, et limite donc fortement le dbit autoris pour chacun.

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    MULTIPLEXAGE ASYNCHRONE

    ACCES ALEATOIRE

    Les mthodes sont diffrentes suivant la topologie du rseau, en BUS ou en BOUCLE. Sur un rseau en boucle, aucune mthode nest normalise. Sur un rseau en bus, le principe consiste laisser les stations entrer en comptition. La procdure met en uvre les composantes suivantes: - dtection de trafic (voie libre ou occupe). - actions pour dmarrer l'mission si voie libre. - dtection de collision (conflit). - rsolution des conflits dtects. Les diffrentes mthodes rencontres se distinguent essentiellement par la dernire composante.

    CSMA / CD NORME ISO 8802.3

    C'est une mthode d'accs un bus supportant des signaux en bande de base. L'algorithme d'mission d'une trame est donn ci-dessous. Le temps d'attente (backoff) est calcul dans un domaine qui crot exponentiellement avec le nombre de collisions subies. On tolre 10 collisions MAXI.

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    Page 29

    Avantages - Le bus est passif - Aucune synchronisation entre station n'est ncessaire - Installation simple mettre en uvre - Reconfiguration facile - Bonne suret de fonctionnement

    Inconvnients - Accs probabiliste - Ecroulement du rseau en cas de forte charge

    Utilisation - Plutt adapt au transfert rapide de paquets longs - Exemples (ETHERNET - LAC)

    CSMA / DCR

    Ici on substitue l'algorithme de rsolution probabiliste un algorithme de type dterministe. On dfinit aprs une collision un ordre de droit d'accs au canal par dichotomies successives. On arrive aprs plusieurs priodes traiter toutes les demandes.

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    ACCES CONTROLE

    GESTION CENTALISEE

    Lorsque la gestion des accs est centralise dans une station matre, la mthode d'allocation des droits d'accs est fonde sur une interrogation des autres stations dites esclaves. Cette mthode est appele scrutation (polling). Deux catgories sont distingues:

    - la scrutation simple La station maitre demande squentiellement aux autres stations si elles dsirent mettre.

    Lorsque la rponse est positive, la station maitre donne le droit d'accs l'esclave pendant une dure limite.

    - La scrutation adaptive La station maitre par diffusion envoie une interrogation l'ensemble des esclaves. Ceux-ci rpondent ventuellement, dans des intervalles de temps qui leur sont individuellement rservs. Le matre alloue alors successivement le droit d'accs aux esclaves qui ont rpondus. Le cycle recommence par une nouvelle interrogation.

    Avantages

    - Simplicit des fonctions mettre en uvre. - Respecte les contraintes "temps rel".

    Inconvnients

    - Dpendance vis vis du matre. - Perte de rendement li aux mcanismes d'interrogation. - Non normalis.

    Remarque

    - On peut travailler en matre flottant, cette technique consiste affecter le rle de matre la premire station qui s'initialise sur le rseau, et en rlire une autre en cas de dfaillance de celle-ci (TELWAY 7).

    Utilisation

    - Utilis dans les rseaux de terrain ASI et dans les rseaux d'automates J BUS et UNITELWAY

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    GESTION DECENTRALISEE

    Ce type de gestion est bas sur la circulation entre les stations actives d'un droit d'accs la voie appel JETON. Une station qui reoit le jeton: - met ou plusieurs trames si elle a des informations transmettre pendant une dure ncessairement limite, et met le jeton vers la station suivante. - ou passe le jeton immdiatement si elle n'a rien mettre.

    La dure individuelle d'mission tant limite, il est donc facile de dterminer, connaissant le nombre de stations actives, le temps maximal de rotation du jeton, c'est dire le temps d'attente maximal du droit d'mission, dans le cas d'un fonctionnement sans anomalies. Les mthodes d'accs bases sur ce principe sont qualifies pour cette raison de dterministes. De plus, des mcanismes de priorit peuvent trs facilement implants. Deux mthodes d'accs par jeton sont particulirement connues et normalises.

    Avantages - Mthode dterministe. - Pas de collision de message. - Pas d'croulement rseau en cas de forte surcharge. - Pas de contrainte taille message.

    Inconvnients - Temps de parcours du jeton. - Ncessit d'algorithmes performants.

    1er Mthode TOPOLOGIE BUS ISO 8802.4

    Le jeton circule entre les stations actives dans un ordre invariant, et parcourt ainsi une boucle logique. Cette boucle est ordonne dans le sens des adresses dcroissantes des stations, la fermeture tant assure par la station d'adresse la plus faible transmet le jeton celle d'adresse la plus leve. Chaque communicateur actif mmorise dans ce but: - Sa propre adresse TS - L'adresse du prdcesseur PS - L'adresse du successeur NS

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    2em Mthode TOPOLOGIE EN ANNEAU ISO 8802.5

    Dans la topologie en anneau, chaque station est relie une qui la prcde de laquelle elle peut recevoir et une qui la suit vers laquelle elle peut mettre. Cette mthode est retenue par IBM dans son rseau TOKEN RING.

    Dans l'exemple ci-contre, la station A veut mettre un paquet P vers la station C. Quand le jeton arrive en A la station le capte et envoie son paquet. La station destinataire C le copie, et la trame est renvoye jusqu'en A, qui la retire de la boucle et qui libre alors le jeton.

    (1) (2)

    (3) (4)

    (5) (6)

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    Page 33

    SOUS COUCHE LLC " liaison logique "

    Elle permet des procdures de niveau rseau d'changer des paquets en rendant transparentes celle-ci les diffrences qui existent au niveau MAC. La couche LLC peut fournir trois services classs de 1 3.

    Service type 1 C'est le minimum, il consiste dans l'envoi et la rception des paquets sans garantie d'acheminement. Ce service est sans connexion ni acquittement. Il permet les changes en point point ou en diffusion. Il utilise 2 primitives. L.Data Request (mission) L.Data Indication (rception)

    Service type 2 Il est fond sur l'tablissement d'une connexion logique. Les paquets sont transfrs et acquitts, leur squencement est assur et les erreurs sont corriges. Le flux est contrl pour viter toutes pertes. Ce service ne permet que les changes en point point et il est utilis sur les rseaux grande distance. Il utilise 14 primitives dont 5 rserves l'tablissement et la gestion de la liaison.

    Service type 3 Il est sans connexions mais avec acquittement. Le protocole n'assure pas la correction des erreurs. Si l'acheminement d'un paquet est confirm dans un dlai imparti, un acquittement est positif sinon l'acquittement sera ngatif. Il utilise 3 primitives.

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    LA COUCHE RESEAU

    Elle est par dfinition charge de l'acheminement des paquets changs entre des stations qui ne sont pas ncessairement directement interconnectes routage. La fonction de cette couche est essentielle dans les rseaux grandes distances topologie maille. Dans un rseau local, cette couche est priori inutile car les topologies permettent un accs direct d'une station une autre. L'interconnexion de rseaux ne peut pas tre envisage de manire unique car la juxtaposition de plusieurs rseaux identiques et supportant les mmes applications ne pose pas les mmes problmes que l'interconnexion de rseaux de fonctionnalits diffrentes et dont les protocoles sont diffrents. Une station d'interconnexion sera appele rpteur, pont, routeur ou passerelle suivant les fonctionnalits qu'elle remplit.

    Il existe deux situations dacheminement dun paquet:

    - Le destinataire appartient au mme rseau local que la station source, le transfert est donc direct.

    - Le destinataire appartient un autre rseau. Il faut envoyer le paquet vers un premier routeur qui lexpdie ventuellement vers un suivant et ainsi de suite jusquau routeur connect au rseau de destination, qui lenvoie la station adresse.

    Ltablissement du chemin effectuer sappelle le routage.

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    LA COUCHE TRANSPORT

    Cette couche doit assurer une frontire (indpendance stable et durable) entre l'aspect transmission pris en charge par les couches basses du modle O S I et l'aspect traitement et exploitation des informations ralis par les couches suprieures. Cette couche n'est pas typique des rseaux locaux; elle assure le transport de bout en bout entre les communicateurs distants.

    ELLE PERMET

    - D'assurer la dtection et la reprise des erreurs de BOUT en BOUT. - De contrler le flux entrant et sortant d'un nud. - De fragmenter l'mission et de rorganiser la rception les messages dans le cas de transmission par paquets. - D'optimiser l'emploi des ressources de transmission disponibles dans le cas o plusieurs stations sont relies sur un mme nud. - D'tablir et de librer les connexions de transport de BOUT en BOUT.

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    LA COUCHE SESSION

    Cette couche organise et synchronisme les changes entre les utilisateurs. Elle ne se proccupe pas des problmes techniques propres la transmission des informations, mais fournit les mcanismes permettant de coordonner les changes.

    Les changes sont structurs en activit et en unit de dialogue, afin de grer correctement les arrts et les reprises au point darrt.

    Lactivit Cest une entit indpendante de la connexion de session. Dans une session plusieurs activits conscutives peuvent se drouler. Une activit peut aussi se prolonger sur plusieurs sessions. Une activit peut tre interrompue puis reprise au cours de la mme connexion de session ou dune connexion ultrieure. Une activit est dcompose laide de points de synchronisation majeure en une suite dunits de dialogue.

    Lunit de dialogue Dans une unit de dialogue, tous les lments sont compltements spars de ceux qui la prcdent et qui la suivent. Le point de synchronisation majeure indique la fin dune unit de dialogue et le dbut de la suivante. Lunit de dialogue est galement structure laide de points de synchronisation mineure.

    Quand une activit est interrompue, la reprise peut seffectuer par une reprise, on se positionne sur le point de synchronisation courant. Par une position, on se positionne sur un point de synchronisation ngoci quelconque.

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    LA COUCHE PRESENTATION

    La couche prsentation ne traite plus de communication, elle met en forme les donnes qui lui sont transmises par les applications. Elle rsout les diffrences syntaxiques. L'implantation des applications sur des machines htrognes interconnectes par un rseau pose en gnral des problmes de format et de syntaxe des donnes (problmes de prsentation). Pour garantir la meilleure portabilit possible, la tendance est de spcifier et d'crire les applications indpendamment des contraintes des rseaux et des machines. Ce principe conduit la dfinition d'applications travaillant en mode virtuel. L'adaptation des donnes peut se faire au niveau: - Du codage de caractre (ASCII, etc. ....). - De la structure des fichiers sur les disques. - Des caractristiques des priphriques (visus, imprimantes, etc. ). - De la compression des fichiers.

    LA COUCHE APPLICATION

    La couche application est l'interface entre les utilisateurs et le systme de communication. Seuls les services de la couche application sont visibles de l'utilisateur. Elle a pour rle de fournir ces utilisateurs un maximum de facilits. Les besoins donc les fonctionnalits apporter, sont fortement dpendants du domaine d'action des utilisateurs. La couche application offre donc des services trs diffrents d'un rseau un autre suivant que celui-ci supporte une application de bureautique gnrale, une application industrielle de niveau usine, une application industrielle de niveau cellule, etc. ... Quelques modules sont prsents sur le schma ci-contre.

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    BUS DE TERRAIN

    INTRODUCTION

    Les bus de terrain "normaliss" permettent de proposer dans le domaine des automatismes distribus des solutions ouvertes, performantes, volutives et conomiques.

    Dans un bus de terrain, le contrleur d'automatisme pilote sa priphrie industrielle compose de concentrateurs d'entres / sorties, digitaux ou analogiques, lectriques ou pneumatiques et des capteurs / pr actionneurs de toute sorte tels que variateurs de vitesse, systmes d'identification ou autres systmes ddis. Le lien entre l'unit de traitement et sa priphrie doit tre vu ici comme une extension du bus de l'automate. L'utilisateur ne voit pas la diffrence en terme de performance et de mise en uvre entre ce qui reste physiquement dans le rack local et ce qui est dport sur le bus de terrain. La dcentralisation de la priphrie industrielle favorise la ralisation de machines modulaires et permet de tirer des fonctions de prtraitement et de diagnostic disponibles sur les capteurs et pr actionneurs intelligents. Elle facilite le dport des postes de conduite et de diagnostic au cur de l'installation, l ou ils sont rellement utiles.

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    AVANTAGES DU BUS DE TERRAIN

    Il est gnralement admis que la dure de vie dune installation tourne autour dune dizaine dannes et que la partie automatisme de cette installation se situe autour de 20% du cot total de linvestissement.

    PHASE DETUDE

    Un gain moyen de 20% grce une approche modulaire du point de vue matriel comme logiciel cela permet une paralllisassions des tches de dveloppement rduisant les dlais d'tude.

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    PHASE DE REALISATION

    PHASE DEXPLOITATION

    Les avantages apports par le bus de terrain sont lis la dcentralisation au plus bas des traitements: - amlioration des possibilits de travail en marche dgrade. - suivi plus grand de la qualit des produits. - amlioration de la maintenance prventive (capteurs intelligents). Estimation d'un gain de 15% environ.

    CONCLUSION

    Le bus de terrain apporte chaque tape d'une automatisation un gain non ngligeable. Les applications tant diffrentes des disparits importantes sont remarques en fonction des topologies d'installation.

    L'utilisation d'un bus de terrain entraine en moyenne des gains est de 10 20%.

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    A.S.I.

    PRESENTATION

    Dsignation: Actuator Sensor Interface (Interface pour Capteurs et Actionneurs)

    A S I repose sur la norme internationale CEI (en cours d'laboration), c'est un systme de cblage non propritaire, les produits ASI sont certifis par des laboratoires indpendants des constructeurs. Il permet en moyenne jusqu' 20% d'conomie globale par rapport un cblage classique. Il rsulte de l'association d'un groupe de 11 socits spcialises dans les capteurs et les actionneurs (Balluf, Baumer, Elesta, Festo, Ifm, Leuze, Pepperl & Fuchs, Sick,Siemens, Turck, Visolux).

    ARCHITECTURE

    Topologie de type bus compos physiquement de deux fils non blinds supportant l'alimentation et la communication des capteurs et des actionneurs. On peut utiliser des composants standards du march l'aide de modules dports intreface ASI

    Utilisation de deux fils standards de 1,5 mm2 2,5 mm2.

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    Utilisation dun cble spcifique ASI (inversion des fils impossible)

    On peut utiliser des capteurs et des actionneurs spcifiques ASI, ils se montent directement par prise vampire sur le cble spcifique ASI.

    Moteur avec interface A.S.I. intgr Prise vampire

    Remarque: En standard la consommation maximum de chaque esclave est de 100 mA. Si un esclave besoin de plus, on peut utiliser une alimentation auxiliaire.

    Protocole de type Matre/ Esclaves

    Le coupleur matre V1.0 peut contrler jusqu' 124E / 124S binaires soit 31 esclaves de 4E / 4S. En V2.1, il peut contrler jusqu 248E / 186S binaires soit 62 esclaves (31A et 31B) de 4E / 3S. La longueur du cble est de 100 m au maximum, pour des distances plus importantes il faut rajouter des rpteurs. Il travaille 200Kbps, le temps total de scrutation du matre est de 5 ms maxi pour traiter les 124E / 124S et de 10 ms pour traiter 248E / 186S. Chaque esclave est dfini par un code d'identification (numro d'esclave) et une configuration (nombre d'entres/sorties).

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    Le coupleur matre est l'interface entre le bus ASI et le cerveau de commande (PC, API, etc. ....), il permet aussi l'ouverture sur les rseaux suprieurs grce des passerelles MODBUS, PROFIBUS. Il interroge cycliquement les esclaves (Polling cyclique). Les esclaves sont l'coute sur le bus et ds qu'ils reconnaissent leur adresse dans la trame d'appel mise par le matre ils rpondent. Un change est considr comme correct si aprs un appel du matre et avant la fin d'un time-out de 60 s une rponse sans faute de l'esclave est rceptionne.

    Trame ASI

    Le fonctionnement du bus comporte plusieurs phases

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    DESCRIPTION DU COUPLEUR MAITRE CQM1 - ARM21

    Table image du bus A.S.I.

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    Exemple de structure

    Le lien avec la zone IR de lautomate (pour les adresses de la table image du Bus ASI) est dfini par les switchs SW1~SW3 et par la position du coupleur matre ASI par rapport la CPU

    19 esclaves maximum sur le bus ASI 5 Canaux pour les entres du Bus ASI ici de IR02 IR06 5 Canaux pour les sorties du Bus ASI ici de IR102 IR106

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    Structure du coupleur A.S.I.

    UTILISATION

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    BUS DE TERRAIN CompoBus/S OMRON

    Cest un rseau type Matre Esclaves dans lequel le matre du rseaux contrle des modules esclaves dports dentres ou de sorties. Le principal avantage de ce rseau est la simplification du cblage.

    Cblage traditionnel fils fils rseau dentres sorties dportes

    Le matre CompoBus/S peut tre un API avec coupleur intgr ou un coupleur spcial qui sintgrera dans le rack de lautomate.

    API - SRM1 Coupleur Matre pour CQM1

    Les esclaves peuvent tre : - des modules TOR dentres ou de sorties - des modules Analogiques dentres ou de sorties

    - des modules spciaux

    Entres TOR Sorties Analogiques Positionneurs Carte esclave CPM2C

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    La communication sur le rseau est assure par une RS 485 Half Duplex, les modules de communication des esclaves sont aliments en 24 VDC. Il faut donc une double paire pour cbler le rseau.

    Cblage du rseau

    Cblage de lalimentation des modules de communications des esclaves

    Station 16 Sorties

    Station 16 Entres

    Rsistance de charge fin de Bus

    SRM1 Matre Compobus S

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    Dans le cas de lAutomate SRM1 le coupleur matre peut grer 128 Entres et 128 Sorties. La mmoire image des esclaves Compo Bus est donc constitue de 16 mots:

    Mmoire image des entres

    Mot 000 Mot 001 Mot 002 Mot 003 Mot 004 Mot 005 Mot 006 Mot 007

    On peut connecter au maximum 16 modules esclaves dentres. Selon la capacit de chaque module 16, 8 ou 4 entres la rservation de lespace mmoire sera diffrente.

    Mot 000 Mot 001 Mot 002 Mot 003 Mot 004 Mot 005 Mot 006 Mot 007

    Ladressage des modules dentres est ralis laide de micro-interrupteurs permettant le rglage du numro des stations. Cela doit seffectuer hors tension !

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    Mmoire image des sorties

    Mot 010 Mot 011 Mot 012 Mot 013 Mot 014 Mot 015 Mot 016 Mot 017

    On peut connecter au maximum 16 modules esclaves de sorties. Selon la capacit de chaque module 16, 8 ou 4 sorties la rservation de lespace mmoire sera diffrente.

    Mot 010 Mot 011 Mot 012 Mot 013 Mot 014 Mot 015 Mot 016 Mot 017

    Ladressage des modules de sorties est ralis laide de micro-interrupteurs permettant le rglage du numro des stations. Cela doit seffectuer hors tension !

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    Exemple de paramtrage du rseau dcrit page 10

    Station 16 Entres

    Vitesse 750 Kbps, 100 m Max Station N 0

    Station 16 Sorties

    Effacement de ltat des sorties sur une erreur de communication Vitesse 750 Kbps, 100 m Max

    Station N 6

    Structure de la mmoire des Entres / Sorties

    Mot 000 Mot 001 Mot 002 Mot 003 Mot 004 Mot 005 Mot 006 Mot 007

    Mot 010 Mot 011 Mot 012 Mot 013 Mot 014 Mot 015 Mot 016 Mot 017

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    Contrle de la communication

    Le matre CompoBus/S tient jour une table (bits Status) qui permettent de savoir si les esclaves sont actifs sur le bus et si la communication est correcte.

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    RESEAU DATELIER

    INTRODUCTION

    Un rseau datelier est un systme de communication permettant d'interconnecter des automates programmables industriels, des terminaux d'atelier intelligents et des calculateurs. Un tel type de rseau de communication trouve ses principales applications dans les domaines suivants: - supervision industrielle. - gestion de production. - commande rpartie de machines.

    RESEAU DATELIER J BUS

    PRESENTATION

    Le rseau J BUS dcoule du rseau MODBUS (marque dpose par GOULD). Cest un rseau de type Matre / Esclave. L'htrognit des appareils connectables en est une caractristique majeure, en effet de nombreux constructeurs disposent de produits supportant ce protocole.

    Il permet d'tablir la communication entre un poste matre et un ou plusieurs esclaves (247 au maximum). Ce nombre peut-tre limit 64 ou 32 suivant les diffrentes implmentations des constructeurs.

    Seul le matre peut tre l'initiative d'un change, c'est le protocole matre / esclave.

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    Page 54

    Les diffrents types d'changes supports par le protocole se divisent en deux catgories:

    Question/Rponse

    Le poste matre met une demande destination du poste esclave de son choix, qui aprs excution renvoie une rponse. Entre le matre et un esclave donn, une seule transaction question/rponse peut tre initie la fois. Ainsi pour mettre la mme question deux esclaves distincts, il est ncessaire d'initier deux transactions.

    Diffusion

    Le poste matre transmet un ordre la destination de tous les esclaves connects au rseau sans distinction. Ces derniers excutent la demande sans mettre de rponse.

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    TOPOLOGIE

    La liaison peut stablir de deux manires:

    en point point en multipoint

    - rapide (interrogation simultane des esclaves) - lent (interrogation des esclaves tour de rle) - cot important - cot faible

    PRINCIPE DU PROTOCOLE

    STRUCTURE DUNE TRANSACTION

    Les temps des changes supports par le protocole varient selon la vitesse de transmission sur le mdium, le format des trames ainsi que le type de requte effectu.

    TPQ = temps de prparation de la question TXQ = temps de transmission de la question TTE = temps de traitement de l'esclave TXR = temps de transmission de la rponse de l'esclave TTR = temps de traitement de la rponse par le matre TRE = temps de retournement de l'esclave

    Cas d'une diffusion TPQ + TXQ + TTE

    Cas de Question /Rponse TPQ + TXQ + TTE + TXR + TTR

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    MISE EN UVRE DES ABONNES

    Les abonns au rseau se distinguent par le rle qui leur est attribu poste matre ou esclave. Certaines caractristiques du protocole sont fixes: - format des trames. - squencement des changes. - traitement des erreurs. - fonctions ralises. D'autres sont paramtrables par l'utilisateur: - vitesse de transmission. - parit. - nombre de bits de stop. - nombre de bits de donnes. - mode de transmission. - numro des esclaves. Les fonctions d'administration d'un rseau sont ralises par les configurations logicielles et matrielles des abonns connects.

    POSTE MAITRE

    Il a en charge la gestion des demandes envoyer aux esclaves en diffusion ou en question/rponse. Il dispose d'un jeu d'instructions permettant de mettre en forme les trames, de grer les changes ainsi que les rponses des esclaves. Dans le cas d'un micro ordinateur ces fonctions sont ralises par une tche logicielle spcifique dvelopper " le driver ". Le poste matre se prmunit contre une non-rponse d'un poste esclave, due une erreur de transmission ou l'absence de l'esclave destinataire, par un contrle de temps de rception de la rponse (temps d'attente rponse). Ce temps est configurable sur le matre et dpend de la vitesse et du mode de transmission choisi. Ainsi en cas de non-rponse aprs la fin du temps de contrle, le matre a la possibilit de rmettre la question un certain nombre de fois.

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    POSTE ESCLAVE

    Le fonctionnement des abonns esclaves volue cycliquement selon 3 tats:

    1) attente d'une demande du matre. 2) traitement de la demande. 3) mission de la rponse de compte rendu.

    Entre les tapes 2 et 3, toute nouvelle demande destination du mme poste esclave ne sera pas prise en compte par celui-ci. Usuellement, le coupleur esclave install sur un poste gre entirement le traitement des demandes et l'mission des comptes rendus.

    Si le poste esclave est un API l'excution des ordres en provenance du poste matre se fait sans intervenir sur le programme d'application excut par l'UC de l'automate esclave.

    On distingue :

    - l'excution synchrone

    Le prlvement des donnes lire ou le rangement des donnes crire se fait en synchronisme avec le cycle de travail de l'API. Ceci assure au programme d'application de l'API ainsi qu'au poste central une stabilit des donnes pendant l'excution des ordres. Le coupleur dispose d'une "fentre temporelle" d'excution des ordres commenant la fin du cycle API, et dont la dure est suivant l'implmentation des constructeurs fixe (quelques ms), soit fonction du temps d'excution de l'ordre. Le cycle automate ne pourra reprendre que lorsque la commande aura t ralise par le coupleur. Ceci entraine un allongement du temps de cycle de l'API. Le temps de traitement d'une commande est en moyenne de l'ordre de 10 50 ms pour les API les plus courants.

    - l'excution asynchrone

    On accde immdiatement en lecture ou en criture la mmoire du poste esclave ( la vole) donc de faon asynchrone son cycle de fonctionnement. Cette commande permet de lire un octet particulier de la mmoire, cet lment est dfini l'installation du coupleur esclave.

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    FONCTIONS DE DIAGNOSTIC

    Le protocole intgre des fonctions de diagnostic de fonctionnement des abonns connects. Pour cela, un certain nombre de compteurs sont implants dans chacun des postes du rseau. Ceux-ci sont entirement grs par les coupleurs. Le poste matre peut accder aux compteurs des esclaves en lecture ou pour leur remise zro, travers certaines requtes du protocole. Ces compteurs sur 16 bits sont dans le cas le plus complet au nombre de 10, ce nombre varie suivant l'implmentation ralise par les constructeurs.

    FORMAT DES TRAMES

    Suivant le mode de transmission choisi ASCII ou RTU, le format des trames sur le rseau diffre par son enveloppe de dbut et de fin, le contenu tant inchang Ce dernier comprend: - l'adresse de l'esclave 1 255 (0) dans le cas d'une diffusion. - le code fonction (nature de la demande effectue). - le champ des donnes associes la demande N octets (N < 252).

    Contenu dune trame J BUS hors enveloppe

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    Codes fonctions pour APRIL

    $01 Lecture de bits internes et de sorties $02 Lecture de bits d'entres $03 Lecture de mots de sorties ou internes $04 Lecture de mots systmes $05 Ecriture d'un bit $06 Ecriture d'un mot $07 Lecture rapide de 8 bits $08 Lecture des compteurs de diagnostic

    Format en mode ASCII

    Chaque octet d'information est cod sur deux caractres ASCII, chacun contenant quatre bits d'information. Le premier caractre mis contient le quartet de poids fort, le second celui de poids faible. Les trames transmises possdent: - un en-tte (":"). - un dlimiteur (CR/LF). Il n'y a pas de contrle de temps sparant deux caractres, la transmission est purement asynchrone. En plus de son rle de dlimiteur, le caractre LF indique que le poste metteur est prt recevoir une trame rponse. Une clef de contrle LRC est intgre aux trames, elle est constitue d'un octet calcul partir de la forme binaire de la trame, (et non du codage ASCII), dont le complment deux est cod sur deux caractres. La multiplication par deux des informations transmises, fait que la transmission en mode ASCII est relativement peu utilise dans les applications industrielles.

    Forme dune trame (demande rponse)

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    Format en mode RTU

    Les trames ne comportent ni en-tte ni dlimiteur de fin. La synchronisation de trame est effectue en simulant un message synchrone. La partie de la trame correspondant au message synchrone est cras par la trame suivante. Chaque octet dinformation est cod en hexadcimal ($ 00 $ FF). Une clef de contrle CRC est intgre aux trames, elle est issue dun calcul (voir ci-dessous), les deux octets de contrle sont transmis poids faible en tte. Le codage RTU est celui principalement utilis par les applications industrielles.

    Forme dune trame

    Trames dexception

    Aprs rception d'une commande, tout esclave contrle la cohrence de la trame. En l'absence d'erreur de transmission il excute la commande et gnre une trame rponse analogue la question. Les commandes en diffusion et les erreurs physiques en rception ne donnent pas lieu une rponse de l'esclave. Par contre dans le cas d'erreurs logiques, l'esclave gnre une rponse dite d'exception de longueur fixe: - 5 octets en RTU. - 11 caractres en ASCII.

    Forme d'une trame d'exception en ASCII (message d'erreur)

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    Forme d'une trame d'exception en RTU (message d'erreur)

    Code fonction

    Le code fonction dans la trame d'exception est celui de la commande plus 128.

    Codes d'erreurs pour APRIL

    $01 Code fonction inconnu $02 Adresse incorrecte $03 Donne incorrecte $04 Automate non prt

    ARCHITECTURE DE J BUS

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    Page 62

    RESEAU D'ATELIER PROFIBUS

    PRESENTATION

    PROFIBUS est un systme de communication ouvert, non propritaire pour le niveau cellule et terrain, conu essentiellement pour une mise en uvre en environnement industriel. Il puise ses origines dans une structure associative regroupant une dizaine de constructeur ds 1987. Il respecte les normes CEl 61158 et CEl 61784. Il se prte aussi bien :

    - aux changes d'informations volumineuses par PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Spcification). - la transmission de donnes exigeant une grande ractivit par PROFIBUS DP (Decentralized Peripherie) propos aujourd'hui en trois versions DP-VO, DP-VI et DP-V2.

    PROCEDURES D'ACCES

    Elle est conforme aux mthodes "Token Bus" pour les stations actives et "Matre-esclave" pour les stations passives, La procdure d'accs n'est pas lie au support de transmission mais au type de stations actives ou passives.

    Dialogue entre stations actives (matres)

    Toutes les stations actives constituent dans un anneau logique jeton, chaque station active connaissant les autres stations actives et leur ordre dans l'anneau logique (cet ordre est indpendant de la disposition topologique des stations actives sur le bus mais dpend de leur adresse). Le droit d'accs au support (le ''jeton'') est transmis d'une station active l'autre sur la base de l'ordre dtermin par l'anneau logique. Ds qu'une station a reu le jeton (qui lui est adress), elle peut mettre des tlgrammes. L'intervalle durant lequel la station est autorise mettre est dtermin par le temps de dtention du jeton. Lorsque ce dernier est coul, elle n'est plus autorise qu' mettre un tlgramme haute priorit. Si la station n'a plus d'information mettre, elle remet le jeton directement la station suivante de l'anneau logique. Les temporisations du jeton ("max. Token Holding Time" etc.) sont configures pour toutes les stations actives.

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    Dialogue entre stations actives (matres) et stations passives (esclaves)

    Si une station active dtient le jeton et si des couplages des stations passives ont t configurs (Liaisons matre-esclaves), ces stations passives sont interroges (lecture de valeurs par exemple) ou des donnes leur sont transmises (consignes par exemple). Le jeton n'est jamais remis une station passive. Cette procdure d'accs permet d'ajouter ou de supprimer des stations du rseau en cours de fonctionnement.

    Les deux niveaux de communication peuvent coexister.

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    Page 64

    Du point de vue utilisateur on dispose de modules orients:

    - communication classique PROFIBUS DP (DP-VO V2) - communication domaine process PROFIBUS PA (DP-VI) - commande d'axe entranement PROFldrive (DP-V2) - communication gestion de scurit PROFlsafe (DP-VOV2)

    ARCHITECTURE DE PROFIBUS

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    Page 65

    RESEAU M.P.I (Multi Point Interface)

    PRESENTATION

    Le rseau MPI est un rseau homogne de SIEMENS. Cest un rseau accs alatoire, chaque partenaire sur le rseau une adresse de 0 126. Par dfaut loutil de programmation PG (console ou PC) est ladresse 0.

    TOPOLOGIE

    La liaison stablie en multipoint ces caractristiques sont les suivantes: - Utilisation de linterface RS 485. - Dbit des communications 19,2 Kbps, 187,5 Kbps ou 1,5 Mbps. - Distances entre deux stations voisines 50 m Maxi ou 1100m avec rpteur. - Connecteurs de bus (avec rsistance de terminaison) de deux types

    Connecteur standard Connecteur gigogne

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    Page 66

    PRINCIPE DU PROTOCOLE

    Communication par donnes locales

    Introduction

    Lchange des informations entre les diffrents partenaires ne ncessite aucune ligne supplmentaire dans le programme utilisateur. Il suffit simplement de configurer les changes dsirs.et de les enregistrer dans une table. a communication par donnes globales seffectue entre 15 partenaires maximum au sein dun mme projet. Elle est conue pour changer de petites quantits de donnes transmises de faon cycliques pour le S7-300, seul le S7-400 peut aussi transmettre des donnes en mode dclench sur vnement.

    Dfinitions

    Donnes Globales GD Les donnes globales GD sont des mmentos, des entres, des sorties, des temporisations, des compteurs et des zones de blocs de donnes.

    Paquet de dones globales Les donnes globales possdant le mme metteur et le mme rcepteur peuvent tre regroupes dans un paquet de donnes globales. Chaque paquet de donnes globales est identifi par un numro.

    Cercle de donnes globales Les partenaires participant lchange de paquets de donnes globales forment un cercle de donnes globales qui est identifi par un numro de cercle. Un cercle est un rpartiteur de paquets de donnes globales. Dans un cercle un partenaire peut envoyer des donnes ou en recevoir. - Cercle entre deux partenaires Chaque partenaire peut aussi bien envoyer que recevoir des donnes. - Cercle form par plus de deux partenaires Un partenaire est metteur, et tous les autres sont rcepteurs.

    Ressources de communication Les ressources de communication dun partenaire correspondent au nombre maximum de cercles dont le partenaire peut faire partie.

    S7-300 4 cercles maximum par partenaire. par cercle : 1 paquet en mission. 1 paquet en rception. 22 octets maximum par paquet.

    S7-400 16 cercles maximum par partenaire. par cercle : 1 paquet en mission. 2 paquets en rception. 54 octets maximum par paquet.

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    Fonctionnement

    Un partenaire sur un rseau M.P.I. la possibilit: - aprs la phase daffectation des sorties denvoyer les donnes globales en mission tous les partenaires de son cercle de donnes globales. - avant la phase dacquisition des entres de lire les donnes globales en rception.

    S = Emetteur; E = Rcepteur; GD x.y = Paquet GD y dans le cercle de donnes globales x

    GD 1.1

    numro du cercle GD numro de paquet GD

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    Prsentation de la table de donnes globales

    Elments GD Table GD

    >> : Identifie lmetteur

    Facteur de rduction

    Le facteur de rduction permet de dfinir aprs combien de cycles lmission ou la rception de donnes doit avoir lieu: - de 1 255 pour lmetteur. - de 1 255 pour le rcepteur.

    Remarques:

    1) Avec un S7-400 on met le facteur de rduction sur 0 pour une mission dclenche sur vnement. 2) Un facteur de rduction petit augmente la frquence des changes de donnes. Pour que la charge due la communication reste minime pour les abonns les conditions suivantes doivent tre remplies.

    T (facteur de rduction metteur * temps de cycle metteur) > = 60 ms

    facteur de rduction rcepteur * temps de cycle rcepteur < T

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    Compilation et chargement dune table de donnes globales

    Les donnes que vous avez saisies dans la table GD doivent faire lobjet dune compilation dans un langage compris par les CPU. La compilation de la table de donnes globales est ralise en deux phases: 1) Phase 1 STEP7 vrifie les CPU, la syntaxe des oprandes, la taille des zones changes. 2) Phase 2 on dite les lignes dtat et/ou les lignes de facteurs de rduction.

    Aprs la deuxime compilation, les donnes peuvent tre charges dans les CPU, pour cela il faut mettre toutes les CPU en arrt et lancer le transfert instruction :

    Systme cycle -> Charger dans lAPI

    Aprs remise en route des CPU lchange cyclique des donnes globales commence automatiquement.

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    Affichage et dition de ltat des donnes globales

    Pour savoir si la transmission des donnes sest droule correctement, il est possible de dfinir un double mot pour les informations dtat pour chaque paquet de donnes GDS

    Un bit reste 1 tant quil nest pas remis 0 par le programme ou la console de programmation.

    Remarque:

    Il existe un tat global qui porte sur lensemble des paquets GST ce double mot est automatiquement cre par STEP 7, il gnr par combinaison OU de tous les mots dtat.

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    ARCHITECTURE DE MPI

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    RESEAU PROFIBUS DP

    PRESENTATION

    PROFIBUS DP est un protocole maitre-esclaves. La station maitre ralise des changes de donnes avec des appareils de terrain dcentraliss (esclaves DP). Les changes sont effectus de manire cyclique et continue par le matre sans ncessiter de lignes de programmations dans le programme utilisateur. Un esclave DP est une station qui assure la saisie des informations entres et qui dlivre des ordres sorties vers le processus. Si lesclave est intelligent (il possde une CPU) lchange dinformations entre les deux CPU seffectuera par lintermdiaire de coupleurs dentres / sorties fictifs . Les adresses des coupleurs dentres /sorties fictifs ne doivent pas tre affectes des coupleurs rels effectivement prsents sur le rseau PROFIBUS.

    Communication entre deux CPU avec PROFIBUS DP

    Les changes sont linitiative du poste Matre, Il recopie : - sa zone des sorties vers la zone des entres de lesclave, - la zone des sorties de lesclave vers sa zone des entres.

    Les configurations du Matre et de lEsclave effectus correctement, les changes commencent alors automatiquement en alimentant les deux automates. Le fonctionnement est indpendant du programme utilisateur.

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    RESEAU USINE ETHERNET

    INTRODUCTION

    Le rseau ETHERNET t dvelopp initialement par les constructeurs de matriels informatiques DIGITAL EQUIPEMENT, INTEL, RANK XEROX. Ensuite d'autres constructeurs se sont rallis ce standard qui a servi de base de dfinition la norme IEEE 802.3

    CARACTERISTIQUES

    TOPOLOGIE

    Il est organis en BUS (avec un support 10 BASE 5): - Il peut tre compos de 3 segments de 500 mtres maximum. - Sa longueur maximale est donc de 2800 mtres (avec options). - Il peut supporter dans sa configuration maximum 1023 stations. - On peut interconnecter entre eux jusqu 8 rseaux (8184 stations).

    MEDIA

    On peut utiliser trois technologies:

    $ Paire torsade blinde $ Cble coaxial 10 BASE 5 $Fibre optique - segment de 100 m - segment de 500 m - segment de 200 m - 64 stations par segment - 800 stations par segment - Longueur totale du - Longueur totale du rseau 600 m - 2,5 m mini entre deux stations rseau 2 Km

    Remarque : L'avenir d'ETHERNET est le cble coaxial CATV large bande "Broad 36" segment de 3,6 KM.

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    TRANSMISSIONS DES INFORMATIONS

    Quelque soit le mdia utilis le dbit sur ETHERNET est de 10 Mb/s. La communication s'effectue par liaison srie synchrone. La connexion sur le mdia (cble 10 BASE 5) est ralise par un transceiver H 4005, il assure: - L'accs au rseau, il est alatoire mthode CSMA/CD. - Le codage des signaux en MANCHESTER II (Biphas diffrentiel).

    TRAME

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    ETHERNET ET TEMPS REEL

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    ADRESSAGE

    Un coupleur sur ETHERNET possde plusieurs adresses:

    Adresse M A C (adresse machine) Cette adresse est unique pour chaque coupleur ETHERNET, elle est dfinie en usine par le constructeur du coupleur (6 octets). L'organisme IEEE rserve des tranches d'adresses pour les constructeurs.

    Adresse I P ( internet protocole) Pour chaque coupleur, cette adresse aussi doit tre unique. Elle est dfinie sur 32 bits (4 octets).

    XXXY YYYY YYYY YYYY YYYY YYYY YYYY YYYY

    X classe du rseau - Y identifiant rseau et identifiant machine Rseau classe A

    0YYY YYYY YYYY YYYY YYYY YYYY YYYY YYYY

    Y identifiant rseau - Y identifiant machine

    La classe A sadresse des rseaux de grande envergure jusqu 16 777 214 stations connectes. Gamme de 0.0.0.0 127.255.255.255

    Rseau classe B

    10YY YYYY YYYY YYYY YYYY YYYY YYYY YYYY Y identifiant rseau - Y identifiant machine

    La classe B sadresse des rseaux de moyenne envergure jusqu 65 534 stations connectes. Gamme de 128.0.0.0 191.255.255.255

    Rseau classe C

    110Y YYYY YYYY YYYY YYYY YYYY YYYY YYYY

    Y identifiant rseau - Y identifiant machine

    La classe C sadresse des rseaux de petite envergure jusqu 254 stations connectes. Gamme de 192.0.0.0 223.255.255.255

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    Masques

    Ladministrateur local a la possibilit de grer plusieurs sous rseaux en dcomposant lidentificateur machine en: - un identifiant sous-rseau, - un identifiant machine.

    10YY YYYY YYYY YYYY YYYY YYYY YYYY YYYY

    Y identifiant rseau - Y identifiant sous rseau - Y identifiant machine

    Le masque permet de filtrer les stations avec lesquelles on peut entre en communication.

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    EXEMPLES DAPPLICATIONS

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    ARCHITECTURE

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    UTILISATION

    Extension laide de rpteurs DEREP interconnexion de segments.

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    Extension laide de ponts DEBET .interconnexion de rseaux.

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    BIBLIOGRAPHIE

    Les rseaux locaux industriels (2em dition)

    Francis LEPAGE HERMES 51 rue RENNEQUIN 75017 PARIS

    Les rseaux locaux industriels

    Grard BEUCHOT/Robert JOSSERAND HERMES 51 rue RENNEQUIN 75017 PARIS

    Les rseaux locaux normes et protocoles (5em dition)

    Pierre ROLIN HERMES 51 rue RENNEQUIN 75017 PARIS

    Transmission et rseaux locaux architecture IEEE.802

    Pierre MILLET MASSON Editeur 120 Bd St Germain 75280 PARIS cedex 18

    Rseaux et tlmatique Tome1 et Tome2

    G. PUJOLLE/D. SERET EYROLLES Editions 61 Bd St Germain 75240 PARIS cedex 05

    La Tlmatique Rseaux et applications

    Guy. PUJOLLE EYROLLES Editions 61 Bd St Germain 75240 PARIS cedex 05

    Les rseaux locaux d'entreprise march et technologie

    Frdric HUTE Editions TEST 5 Place du colonel Fabien 75451 PARIS cedex 10

    Les bus de terrain

    Guy FAGES Groupe SCHNEIDER BP 8301 Cergy Pontoise 95803