Direction France 1 Introduction aux réseaux de communication industriels Chapitre 2 :Les besoins et...

Direction France 1

Introduction aux réseauxde communication industriels

Chapitre 2 : Les besoins et le positionnement des principaux réseaux

Chapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application

Chapitre 5 : Les principaux moyens d’accès au médium

Chapitre 7 : Les produits d’interconnexion

Chapitre 4 : Les supports physiques

Chapitre 3 : Le modèle ISO

Chapitre 1 : Notions de base

Direction France 2

Chapitre 8 : ASi

Chapitre 12 : FIPIO

Chapitre 10 : Ethernet - TCP/IP - Modbus

Chapitre 9 : CANopen


Direction France 3

Chapitre 15 : Modbus

Chapitre 16 : Tableau comparatif des principaux réseaux

Chapitre 17 : La fonction communication traitée par PL7


Direction France 4

Les éléments mis en œuvre lors d’une communication

Les éléments mis en œuvre lors d’une communication

Médium

Informations

Informations

Les informations sont des éléments physiques (lumière, son, image, tension électrique etc…) auxquels un sens a été attrIbué.

Emission

Réception

Coupleur de communication

Emetteur / Récepteur Emetteur / Récepteur

Réception

Emission


Direction France 5

Les techniques de transmissionLes techniques de transmission

Les informations peuvent être transmises sous forme analogique :évolution continue de la valeur

Ou sous forme numérique :évolution discontinue de la valeur (échantillonnage)

0

1

Direction France 6

Les types de transmissionLes types de transmission

Transmission simplex : mono-directionnel

Transmission half duplex : bi-directionnel alterné

Transmission full duplex : bi-directionnel simultané

Direction France 7

Les types de transmissionLes types de transmission

Transmission série :

La liaison nécessite en général 3 fils : émission, réception et masse.

Les bits d’un octet sont transmis les uns à la suite des autres.

Transmission parallèle :

Les bits d’un octet sont transmis simultanément.

Utilisé pour des courtes distances, chaque canal ayant tendance à

perturber ses voisins la qualité du signal se dégrade rapidement.

Direction France 8

Les types de transmission sérieLes types de transmission série

Transmission série synchrone :

Les informations sont transmises de façon continue.

Un signal de synchronisation est transmis en parallèle aux signaux de

données.

Transmission série asynchrone :

Les informations peuvent être transmises de façon irrégulière,

cependant l’intervalle de temps entre 2 bits est fixe.

Des bits de synchronisation (START, STOP) encadrent les informations

de données.

Direction France 9

Les réseaux de communication industrielsLes réseaux de communication industriels

Pour des raisons liées au coût et à la robustesse, la plupart des

réseaux de communication industriels utilisent :

une transmission numérique série

asynchrone half-duplex.

Direction France 10

Les besoins en communication industrielleLes besoins en communication industrielle

VITESSEDE

REACTIONNECESSAIRE

1 ms

1 s

1minute

1 bit

NOMBRED'INFORMATIONSA TRANSMETTRE

1 kbits

1 Mbits Système d’information

Niveau 3Entrepris

e

Niveau 2Atelier

Gestion de productionSupervision

Niveau 1Machines

Le contrôle commande

Les constituants

Niveau 0Capteurs Actionneu

rs

Direction France 11

Positionnement des principaux réseaux et busPositionnement des principaux réseaux et bus

Ethernet TCP/IPFTP - HTTP

Réseaux informatiques(Data Bus)

Simples Evolués

Pilo

tag

e d

em

ach

ine

Pilo

tag

e d

ep

roce

ssu

s

FIPWAYEthernetTCP/IP

Modbus

Réseaux locaux industriels(Field Bus)

Bus capteursactionneurs(Sensor Bus)

AS-i

Profibus-DPDeviceNet

Modbus Plus

Modbus

Bus de terrain(Device Bus)

CANopenFIPIO

Interbus

Direction France 12

Stratégie réseau de la branche Industrie de Schneider


Core Networks :

Ethernet TCP / IP & ModbusAux niveaux 2 et 3 : système d’information et contrôle

(inter-automates) à étendre au niveau bus de terrain (niveau 1)

CANopenComme bus interne d’équipements et de panneaux (ex : Automation Island)

.ASiPour la connexion des capteurs actionneurs (niveau 0)

Modbus RS 485Quand Ethernet ne convient pas (prix, topologie ...)

Direction France 13



Legacy Networks

..FIPIO, Modbus Plus, Uni-Telway, Seriplex

Connectivity Networks

Approche pragmatique quand le marché impose sa solution

.DeviceNet (Allen-Bradley) - Profibus (Siemens) - Interbus (Phoenix) ...

Direction France 14

Description du modèle ISODescription du modèle ISOISO = International Organization for Standardization

COUCHE PRESENTATION

6 Transcodage du format : pour permettre à des entités de nature différente de dialoguer (ex: PC / Mac)

COUCHE APPLICATION

7 Protocole : définit un langage commun d’échanges entre les équipements (sémantique et signification des informations)

STATION

Notion

de bus

Exemple :

Modbus

COUCHETRANSPORT

4 Contrôle de l’acheminement de bout en bout : reprise sur erreurs signalées ou non par la couche réseau

COUCHE RESEAU

3 Routage des données : établissement du chemin entre différents réseaux

COUCHELIAISON

2 Contrôle de la liaison : adressage, correction d’erreur, gestion du flux

Gestion de l’accès au médium : définit quand on peut émettre

COUCHE PHISIQUE

1Le hardware : le médium utilisé : paire torsadée, câble coaxial, fibre optique…, la forme des signaux véhiculés, la connectique

Notion de réseau

Exemple: TCP/IP

TCP : Transmission Control Protocol (Couche 4)

IP : Internet Protocol (Couche 3)

SESSIONLAYER

5 Organise et synchronise les échanges entre utlisateurs

Direction France 15

Exemples de trames respectant le modèle ISOExemples de trames respectant le modèle ISO

46 à 1500

Préam

bu

le

AD

. Destin

.

Ad

. Sou

rce

Couches application

Con

trôleF

CS

8Octets 6 6 2 4

LL

C

IP

TC

P20 20

FTP, HTTP , SMTP Modbus etc...

Trame Ethernet TCP-IP

Trame Modbus RTUDemande de lecture des motsnuméro W5 et W6 de l’esclave adresse 7

Codefonction

= 3

1Octets 1 2

Numéro du 1er mot

= 5

Nombtre de mots à lire

= 2

Adr.esclave

= 7CRC 16

2 2

Direction France 16

Les principaux supports utilisés

Quelques standards électriques en paire torsadée

Les différentes topologies

Les supports physiques

Direction France 17

Les principaux supports utilisésLes principaux supports utilisés

La paire de fils torsadésLe plus simple à mettre en œuvre, et le moins cher.

Le câble coaxialIl se compose d’un conducteur en cuivre, entouré d’un écran mis à la terre. Entre les deux, une couche isolante de matériau plastique. Le câble coaxial a d’excellentes propriétés electriques et se prête aux transmissions à grande vitesse

.La fibre optique

Ce n’est plus un câble en cuivre qui porte les signaux électriques mais une fibre optique qui transmet des signaux lumineux. Convient pour les environnements industriels agressifs, les transmissions sont sûres, et les longues

distances.

• vitesse• distance• immunité électro-magnétique

Les supports de transmission ou MEDIUMS influent sur :

Coût du médium

Faible

Important

Mediums les plus utilisés :

Direction France 18

Quelques standards paire torsadéeQuelques standards paire torsadée

•RS232 :Liaison point à point par connecteur SUB-D 25 broches.Distance < 15 mètres, débit < 20 kbits/sec.

•RS422A :Bus multipoint full duplex (bi directionnel simultané) sur 4 fils.Bonne immunité aux parasites,distance maxi 1200 mètres à 100 kbits/sec.2 fils en émission, 2 fils en réception.

•RS485 :Bus multipoint half duplex (bi directionnel alterné) sur 2 fils.Mêmes caractéristiques que RS422A mais sur 2 fils.

Direction France 19

Les différentes topologiesLes différentes topologies

TOPOLOGIE POINT A POINT (entre 2 unités encommunication)

TOPOLOGIE EN ETOILE (plusieurs unitéscommuniquent par leurpropre ligne avec uneunité dite Centrale)

TOPOLOGIE EN ARBRE (c’est une variante de latopologie en étoile)

TOPOLOGIE MAILLEE (les équipements sont reliésentre eux pour former unetoile d’araignée.Pour atteindre un noeud,plusieurs chemins sontpossibles)

TOPOLOGIE EN ANNEAU (toutes les unités sont montéesen série dans une boucle fermée. les communicationsdoivent traverser toutes lesunités pour arriver au récepteur)

TOPOLOGIE BUS (le réseau se compose d’uneligne principale à laquelletoutes les unités sontconnectées)

Direction France 20

Maître - Esclave

Anneau à jeton

Accès aléatoire

Les principaux moyensd’accès au médium

Direction France 21

Maître - EsclaveMaître - Esclave

MAITREESCLAVE

Polling

Quelque chose à dire ?

Réponse

Rien à déclarer

Le MAITRE est l’entité qui accorde l’accès au medium.L’ESCLAVE est l’entité qui accède au médium après sollicitation du maître.

Se situe au niveau de l’accès au médium

Ex : Profibus-DP

Direction France 22

Anneau à jeton = Token ringAnneau à jeton = Token ring

Les membres d’un ANNEAU logique ont l’autorisation d’émettre lors de la réception du jeton.

Le JETON est un groupe de bits qui est passé d’un nœud au suivant dans l’ordre croissant des adresses.

Adresse 1

Adresse 2

Adresse 3

Adresse 4Ex : Modbus Plus


Direction France 23

Accès aléatoireAccès aléatoire

Un ensemble de règles détermine comment les produits sur le réseau réagissent lorsque deux équipements tentent d’accéder au médium en même temps (collision).

Adresse 1

Adresse 2

Adresse 3

Adresse 4

Discussion informelle entre individus indisciplinés :

Dès qu’un silence est détecté, celui qui désire parler prend la parole.

Carrier Sense Multiple Access


Direction France 24

CSMA/CD - CSMA/CACSMA/CD - CSMA/CA

1 - Détection de la collision

2 - Arrêt de transmission de la trame

3 - Emission d’une trame de brouillage

4 - Attente d’un temps aléatoire

5 - Ré-émission de la trame

CSMA/CD = Carrier Sense Multiple Access Collision Detect : Collision destructive

1 - Détection de la collision non destructive (bits récessifs et dominants)

2 - L’équipement avec la priorité la plus basse cesse d’émettre

3 - Fin de transmission de l’équipement le plus prioritaire

4 - L’équipement avec la priorité la plus basse peut émettre sa trame

CSMA/CA = Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance : Collision non destructive

Ex : Ethernet

Ex : CAN

Direction France 25

Client - Serveur

Producteur - Consommateur

Types de traffic

Notion de profil

Les concepts utilisésau niveau application

Direction France 26

Client - ServeurClient - Serveur

Réponse

Pas de problème, voilà le fichier complet !

Requête

Peux tu m’envoyer la configuration du départ moteur N°3 STP ?

SERVEUR

Le SERVEUR est l’entité qui répond à une demande d’un client

Le CLIENT est une entité demandant un service sur le réseau

CLIENT

Se situe au niveau applicatif entre 2 équipements

Ex : Modbus

Necessite écriture programme dans l’automate (requêtes)

Direction France 27

Producteur - ConsommateurProducteur - Consommateur

Le PRODUCTEUR est une entité (unique) qui fournit une information.

CONSOMMATEUR N°1

Je vais rater mon train !!!

CONSOMMATEUR N°2

Et si j’allais au cinéma...PRODUCTEUR

Il est 18h00

Ex : CANopen DeviceNet

Le CONSOMMATEUR est une entité qui l’utilise (plusieurs entités peuvent utiliser la même information).

Se situe au niveau applicatif entre 1 et plusieurs équipements

Direction France 28

Types de trafficTypes de traffic

Variables cycliques :Ce sont des informations rafraîchis périodiquement à une cadence prédéfinie.

Ce sont des informations de process.

Quelques informations rafraîchies rapidement.

Variable acycliques :Ce sont des informations rafraîchis suite à une requête ou à un événement.

Elles sont utilisées à la mise sous tension pour la configuration et le réglage, ou en cas de défaut pour le diagnostic.

Beaucoup d’informations sans contrainte de temps.

Direction France 29

Système ouvertSystème ouvert

Un système ouvert est constitué de constituants interopérables et interchangeables

L’interopérabilité est la faculté de communiquer de manière intelligible avec d’autres équipements.

Elle est atteinte par le strict respect des spécifications du protocole.

L’interchangeabilité est la faculté de pouvoir remplacer un équipement par un autre (provenant éventuellement d’un autre constructeur).

Elle est atteinte par le respect des spécifications de profils.

Chaque constructeur conserve la possibilité de définir s’il le désire des fonctionnalités qui lui sont propres en dehors du profil minimal ou noyau.

Direction France 30

Notion de profilNotion de profil

Un profil est un moyen standardisé de décrire les fonctionnalités garantissant l’interchangeabilité de constituants.

La plupart des profils se matérialisent par fichier électronique : fichier EDS, fichier GSD… livré sur disquette ou CD-ROM avec le produit.

Ce fichier permet de connaître « off line » les caractéristiques de l’équipement.

Cette description respecte une syntaxe stricte.

Les informations sont regroupées par fonctionnalités : identification : nom du produit, référence, version, famille,

fabriquant caractéristiques relatives à la communication : débits

supportés, type et taille de messages échangés... caractéristiques relatives au métier : variables accessibles

en écriture, en lecture, lecture, a l’arrêt, en marche etc...

Direction France 31

Extrait du fichier EDS CANopen TEGO Power Quickfit

Extrait du fichier EDS CANopen TEGO Power Quickfit

[FileInfo]

CreatedBy=Martin Rostan

ModifiedBy=Martin Rostan

Description=EDS for Tego Power CANopen

CreationTime=10:05PM

CreationDate=01-17-2001

ModificationTime=10:35PM

ModificationDate=01-17-2001

FileName=F:\Produkte\Tego Power\APP1CCO0

FileVersion=1

FileRevision=1

EDSVersion=4

[DeviceInfo]

VendorName=Schneider Electric SA (France)

VendorNumber=90

ProductName=APP-1CCO0

ProductNumber=1

RevisionNumber=1

OrderCode=APP-1CCO0

BaudRate_10=0

BaudRate_20=0

BaudRate_50=0

BaudRate_125=1

BaudRate_250=1

BaudRate_500=1

BaudRate_800=0

BaudRate_1000=1

[MandatoryObjects]

SupportedObjects=2

1=0x1000

2=0x1001

[1000]

ParameterName=Device Type

ObjectType=0x7

DataType=0x0007

AccessType=ro

DefaultValue=0x30191

PDOMapping=0

Direction France 32

Répéteur = Repeater

Concentrateur = hub

Switch

Convertisseur = transceiver

Pont = Bridge

Routeur = Router

Passerelle = Gateway

Les produits d'interconnexion

Direction France 33

Répéteur - Hub - SwitchRépéteur - Hub - Switch

Répéteur = RepeaterPermet l’extension d’un réseau par segmentsIl amplifie et rétablit le même type de signal

Exemple = répéteur RS485

1 1

Segment 2Segment 1

Concentrateur = Hub

1 1 1 1

Permet l’extension d’un réseau en étoileIl amplifie et rétablit le même type de signal sur tous les ports

Exemple = Hub Ethernet(Ne diminue pas le nombre de collisions)

Switch

1 1 1 1

Permet l’extension d’un réseau en étoileIl amplifie et rétablit le même type de signal sur un seul port.

Exemple = Switch Ethernet(Permet de diminuer le nombre de collisions)

Direction France 34

Convertisseur = Transceiver

Permet l’extension d’un réseau par segmentsde nature différentes.

Exemple = convertisseur RS232/RS485

1 1

Segment 2Segment 1

Pont = Bridge

Permet de relier 2 réseaux utilisant le même protocolemais des couches basses différentes

Exemple = Bridge Modbus RS485 / Ethernet TCP-IP

1 1

Réseau 2Réseau 1

2 2

Transceiver - BridgeTransceiver - Bridge

Direction France 35

Routeur - PasserelleRouteur - Passerelle

Routeur = Router

Permet de relier 2 réseaux de même nature.

Exemple = Routeur Ethernet TCP-IP2 2

Réseau 2Réseau 1

3 3

1 1

Passerelle = Gateway

Permet de relier 2 réseaux de nature différente

Exemple = Passerelle FIPIO / Modbus2 2

Réseau 2Réseau 1

7 7

1 1

Direction France 36

ASi

Historique

ASi et le modèle ISO

La couche physique

La couche liaison

La couche application

Les profils

Points forts - points faibles

Direction France 37

1990 : 11 sociétés et 2 universités majoritairement allemandes créent le consortium ASi afin de définir une interface « low cost » pour raccorder des capteurs et actionneurs

HistoriqueHistorique

1992 : Premiers chips disponibles Création de l’association ASi internationale : http://www.as-interface.net/ basée en Allemagne. Schneider entre dans l’association.

1995 : Création d’associations nationales de promotion (France, Pays Bas, UK)

2001 : Spécifications ASi V2 : 62 esclaves, support de produits analogiques, diagnostic amélioré. Intégration de produits de sécurité : « Safety at work »

Direction France 38

ASi et le modèle ISOASi et le modèle ISO

VIDE

VIDE

VIDE

VIDE

Maître / esclave

Alimentation et communication sur le même support

InterfacesE/S TOR

génériquesCapteurs TOR Départ moteurs

E/Sanalogiques

etc...

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

RESEAU

LIAISON = LLC + MAC

PHYSIQUE

7

6

5

4

3

2

1

3 couches utilisées +

des profils

Client / Serveur via requêtes

Direction France 39

Medium : Câble plat jaune 2 fils avec detrompagePossibilité utilisation câble rond non blindé

Topologie : Libre

Pas de fin de lignes

Distance maximum : 100 m sans répéteur500 m avec répéteurs(2 répéteurs max entre le maître et l’esclave le plus éloigné)

Débit : 167 Kbits/s

1 transaction (data exchange) dure 150 micro-sec.

Temps de cycle = 5 ms pour 31 esclaves 10 ms pour 62 esclaves

Nbre max équipements : ASi V1 : 1 maître + 31 esclavesASi V2 : 1 maître + 62 esclaves A/B

La couche physiqueLa couche physique

Direction France 40

4 types de raccordement définis dans la charte ASi Schneider

Les types de raccordementLes types de raccordement

Bornier à visou à ressort

ASI+

ASI-

Prise vampire

ASI-

ASI+

Connecteur debrochable

jaune 2 points

5

2

34

1

Prise M12 (mâle sur produit)

IP20 IP65

Direction France 41

Exemple d’architectureExemple d’architecture

Micro

Quantum

Alimentationdouble Asi-24 V

Bus ASi (câble jaune)

24 V (câble noir)Alimentation

Répartiteur passif

Répartiteur actif

Répéteur

Alimentation ASi

Conversioncâble plat - câble rond

Départ-moteur coffret

TéBoîte à boutons

SEGMENT 2

SEGMENT 1

Premium

Direction France 42

Méthode d’accès au médium : Maître / Esclave

Taille maxi des données utiles : 4 bits de sorties pour une requête

(3 bits pour en ASi V2 pour les esclaves A/B)

4 bits d’entrées pour une réponse

La couche liaisonLa couche liaison

Sécurité de transmission :Nombreux contrôles aux niveaux bits et trames

Délimiteur start bit, alternance des pulses,

longueur pause entre 2 bits,

parité en fin de trame, délimiteur end bit,

longueur de la trame

Direction France 43

Une douzaine de requêtes standardisées pour :

1 . Administration du réseau : adressage, identification, paramétrage, reset.

2 . Echanges cyclique des entrées - sorties : Data exchanges

4 bits de sorties maximum les esclaves standards, 3 pour les esclaves A/B

4 bits d’entrées maximum pour tous les esclaves

Temps de cycle : 5 ms max pour 31 esclaves, 10 ms pour 62

3 . Surveillance cyclique du réseau : Read Status

Remontée des défauts périphériques des esclaves ASi V2

Temps de cycle : 155 ms pour 31 esclaves, 310 ms pour 62 esclaves

4 . Transmission des données de paramétrage : Write Parameter Par programmation requête Write Parameter

4 bits de sorties maximum les esclaves standards, 3 pour les esclaves A/B

155 ms maximum pour 31 esclaves, 310 ms pour 62

La couche applicationLa couche application

Direction France 44

Les profilsLes profils

Pour garantir l’interchangeabilité des produits, chaque esclave ASi est identifié et défini par un profil figé gravé dans le silicium (Read only).

Le profil des esclaves ASi V1 est défini par 2 digits hexa-décimaux.

Le profil des esclaves ASi V2 est défini par 4 digits hexa-décimaux.

Direction France 45

ASi V1 : 2 digits

Profil = IO_code . ID_code

IO_code = indique le nombre d’entrées et sorties de l’équipement (0 to F)

ID_code = indique le type d’équipement (0 to F)

Les profilsLes profils

ASi V2 : 4 digitsProfil = IO_code . ID_code . ID1_code . ID2_code

IO_code = indique le nombre d’entrées et sorties de l’équipement (0 to F)

ID_code = indique le type d’équipement (0 to F)

ID1_code = utilisé pour la personnalisation client du produit (0 to F)

ID2_code = indique le sous type du produit (0 to F)

Direction France 46

Points forts - points faiblesPoints forts - points faibles

Points forts

Temps de cycle rapide et

déterministe

Facilité de câblage

Simplicité d’utilisation car très bien

intégré dans PL7

Evolution de l’architecture aisée

Points faibles

Quelques bits échangés

Nombre d’esclaves maximum

Longueur du bus : 100 m

Direction France 47

CANopen

Historique

CANopen et le modèle ISO

La couche physique

La couche liaison


Les profils


Direction France 48

1980-1983 :

Création de CAN à l’initiative de l’équipementier allemand BOSCH pour répondre à un besoin de l’industrie automobile.CAN ne définit qu’une partie des couches 1 et 2 du modèle ISO.


1983-1987 :

Prix des drivers et micro-contrôleurs intégrant CAN très attractifs car gros volume consommé par l’automobile

1991 :

Naissance du CIA = CAN in Automation : http://www.can-cia.de/ pour promouvoir les applications industrielles

Direction France 49

1995 :

Publication par le CiA du profil de communication DS-301 : CANopen

2001 :

Publication par le CIA de la DS-304 permettant d’intégrer des composants

de sécurité de niveau 4 sur un bus CANopen standard (CANsafe).


1993 :

Publication par le CiA des spécifications CAL = CAN Application Layer qui décrit des mécanismes de transmission sans préciser quand et comment les utiliser.

Direction France 50

CANopen et le modèle ISOCANopen et le modèle ISO

CiA DS-301 = Communication profile

VIDE

VIDE

VIDE

VIDE

CAN 2.0 A et B + ISO 11898

CAN 2.0 A et B = ISO 11898-1 et 2

ISO 11898 + DS-102

Device ProfileCiA DSP-401I/O modules

Device ProfileCiA DSP-402

Drives

Device ProfileCiA DSP-404

Measuring devices

Device ProfileCiA DSP-4xx

CAL= CAN Application Layer APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

RESEAU

LIAISON = LLC + MAC

PHYSIQUE

7

6

5

4

3

2

1

CANopen s’appuie sur CAL

Direction France 51

Medium : Paire torsadée blindée2 ou 4 fils (si alimentation)

Topologie : Type bus

Avec dérivations courtes et résistance fin de ligne 120 ohms

Distance maximum : 1000 m

Débit : 9 débits possibles de 1Mbits/s à 10 Kbit/sFonction de la longueur du bus et de la nature du

câble : 25 m à 1 Mbits/s, 1000 m à 10Kbits/s

Nbre équipements : 128

1 maître et 127 esclaves


Direction France 52

Le CiA fournit dans sa recommandation DR-303-1 une liste de connecteurs utilisables classée en 3 catégories avec la description de leur brochage.

Mâle coté produit

SUB D 9 points DIN 41652

RJ45

Open style

5-pins Micro-Style = M12ANSI/B93.55M-1981

La connectiqueLa connectique

Direction France 53

Exemple d’architectureExemple d’architecturePremium

ATV58ATV58

TEGO POWER

FTB1CN FTB1CN

TEGO POWER

Résistancefin de ligne

Résistancefin de ligne (120 )

Résistancefin de ligne

Direction France 62


Points forts

Coût du point de connexion

Grand choix de drivers

Robustesse dans environnement

perturbés

Protocole ouvert

Points faibles

Longueur du bus à 1 Mbit/s = 25 m

Niveau d’intégration dans PL7

Offre Schneider actuelle

Non déterministe

Direction France 63

Ethernet TCP/IP Modbus

Historique

Ethernet TCP/IP Modbus et le modèle ISO

La couche physique

La couche liaison


Les profils


Direction France 64


Le DoD finance un projet sur la

''commutation de paquets'’

Concrétisation par le réseau ARPANET (IBM )

Démarrage d’ INTERNET: Les protocoles

TCP /IP ont leur formes actuelles

TCP/IP devient le standard des réseaux

longues distances

Taux de croissance de 15%

Taux de croissance de 60 %

Version expérimentale d’ Ethernet définis par XEROX

Principes d’Ethernet définis par XEROX

Première spécification d’Ethernet par

XEROX, DEC et INTEL

Version 2 des spécifications d’Ethernet

Normalisation IEEE 802.3 des réseaux

CSMA/CD

1960

1970

1975

1980

1982

1983

1985

1987

1996

1999

EthernetTCP - IP

ModbusSchneider Transparent factory

Direction France 65

Ethernet TCP/IP Modbus et le modèle OSIEthernet TCP/IP Modbus et le modèle OSI

Ethernet ne couvre que les 2 premières couches du modèle OSI

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

RESEAU

LIAISON = LLC + MAC

7

6

5

4

3

2

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

LINK = LLC + MAC

PHYSICAL

7

6

5

4

3

2

1

VIDE

VIDE

VIDE

VIDE

CAN 2.0 A et B + ISO 11898

CAN 2.0 A et B = ISO 11898-1 et 2

Modbus

VIDE

VIDE

VIDE

VIDE

CSMA/CD

Ethernet V2 ou 802.3

HTTP FTP BootP

DHCP ---

TCP

IP

Direction France 66


Topologie : LibreBus, étoile, arbre, ou anneau

Distance maximum : Fonction du médium et du débit

Minimum : 200 m en 100 base TX

Maximum : 40 000 m en 10 base F

Débit : 10 Mbits/s - 100 Mbits/s - 1 Gbits/s1 Gbits/s utilisé en bureautique

Nbre max équipements : Fonction du médiumMinimum : 30 par segment sur 10 base 2

Maximum : 1024 sur 10 base T ou 10 base F

Direction France 67

Ethernet est disponible sur trois types de médium :

Nom Description Débit Long.maxi

Nbre maxstations/segment

10 base 5 Thick Ethernet 10 Mb/s 500 m 100Câble

coaxial 10 base 2 Thin Ethernet 10 Mb/s 185 m 30

10 base T Twisted pair 10 Mb/s 100 m 1024Pairetorsadéeblindée 100 base TX Twisted pair

cat. 5100 Mb/s 100 m ? ? ?

10 base F 2 fibres 10 Mb/s 2000 m 1024Fibre

optique 100 base FX 2 fibres 100 Mb/s 2000 m ? ? ?

Supports de transmissionSupports de transmission

Direction France 68

De plus en plus utilisée même en 100 Mbps

UTP - Paires isolées de fils de cuivre réunis en torsade.

Multiples paires à codage couleur, enrobées dans une chemise en plastique

Plus rapide que le câble coaxial

STP - Paires indissociables enveloppées dans unblindage avec feuille d’alu

Catégorie 5 (Cat 5) - La plus courante dans les réseaux informatiques

Cat 5 = 100 Mbps (en cours de spécification)Cat 3 = 10 Mbps

La paire torsadéeLa paire torsadée

Utilise la connectique RJ45

Direction France 69

Comprend trois parties :

Coeur - Support du trajet de la lumière verre ou plastique

Gaine - Tube en verre qui ramène par réflexion toute

lumière parasite dans le coeur

Revêtement protecteur - Protège le cœur et la gaine

optique

La fibre multimode est la plus utilisée car moins couteuse,

et plus facile à mettre en œuvre.

La fibre optiqueLa fibre optiqueLa fibre optique est appréciée pour son aspect sécuritaire (absence de courants électriques), son faible encombrement et son immunité aux bruits et aux interférences électromagnétiques.

Elles permettent d’avoir des plus grandes longueurs de segment

(max 2 km)

Servent souvent d’artères

Direction France 70


Quantum Momentum Magelis Momentum Altivar 58 Altistart 48 Altivar 38 Momentum Altivar 58

Quantum

Anneau optique redondant 200 M bits/s Full-duplex

Switch Switch SwitchPremium

Boucle optique

Hub

Hub

Transceiver

Transceiver

Fibre optique

Direction France 71

Méthode d’accès au médium : CSMA/CDCarrier Sense Multiple Access with Collision Detection

Les stations sont à l’écoute du support de transmission et attendent qu’il soit libre pour émettre.

Si une collision est détectée, chaque station continue à émettre pour que la collision soit vue par

l’ensemble du réseau.

Les stations réémettent leur message après un temps de durée aléatoire.

Déterminisme : Résolu par segmentationTaux de charge < 10%

Méthode de transmission : Par paquetsou datagrammes IP de 64 à 1500 octets

Taille maxi des données utiles : 1442 octets par paquet (APDU)

Sécurité de transmission : CRC32 au niveau couche liaison.Accusé réception niveau couche TCPRéponse au niveau application

(UNITE/Modbus)

Couches liaison réseau transportCouches liaison réseau transport

Direction France 72

HTTP : HyperText Transfer Protocol = WebTransfert de fichiers au format HTML

FTP : File Transfer ProtocoleTransfert de fichiers suivant modèle client serveur

SNMP : Simple Network Management ProtocolGestion de réseau : configuration, surveillance,

administration

DNS : Domain Name ServiceTraduit le nom symbolique d’un nœud de réseau en

une adresse IP

Les principaux protocoles applicationLes principaux protocoles application

Direction France 73

Protocoles applicationProtocoles application

BOOTP : Protocol bootstrapAffectation adresse IP par un serveur

TELNET : Interfaçage de terminaux avec des équipements en half duplex

Format ASCII englobé

UNITE : Protocole basé sur le modèle client serveur créé par Telemecanique

MODBUS : Protocole basé sur le modèle client serveur créé par Modicon

I/O scanning : E/S périodiques rafraichies par envoi automatique de requêtes Modbus.

Direction France 78


Points forts

Ouverture vers clients standards

Offre Schneider


Points faibles

Accessoires raccordement chers

Pas de possibilité raccordement

produits de sécurité

Cout d’intégration

Direction France 79

Modbus

Historique

Modbus et le modèle ISO

La couche physique

La couche liaison


Les profils


Direction France 80


Le protocole MODBUS est une structure de messagerie créée par MODICON en 1979 pour connecter des automates à des outils de programmation.

Ce protocole est de nos jours largement utilisé pour établir des communications de type maître/client vers esclaves/serveurs entre équipements intelligents.

MODBUS est indépendant de la couche physique.

Il peut être implémenté sur des liaisons RS232, RS422, ou RS485 ainsi que sur une grande variété d’autres médias (ex :

fibre optique, radio, etc...).

Direction France 81

Modbus liason série et le modèle ISOModbus liason série et le modèle ISO

MODBUS sur liaison série fonctionnant de 1200 à 56 Kbits/s avec une méthode d’accès maître/esclave.

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

7

65

4

3

2

1

Maître / EsclaveMaître / Esclave

Modbus

RS485RS485

Direction France 82

Modbus Plus et le modèle ISO Modbus Plus et le modèle ISO

MODBUS PLUS est un bus fonctionnant à 1 Mbit/s basé sur une méthode d’accès par anneau à jeton qui utilise la structure de messagerie MODBUS.

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

7

6

5

4

3

2

1

802.4 Anneau à jeton802.4 Anneau à jeton

Modbus

RS485RS485

Direction France 83

Ethernet TCP/IP MODBUS utilise TCP/IP et Ethernet 10 Mbit/s ou 100 Mbits/s pour porter la structure de messagerie MODBUS.

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

7

6

5

4

3

2

1

CSMA / CDCSMA / CD

ETHERNET V2 ou 802.3ETHERNET V2 ou 802.3

Modbus

TCP

IP

Ethernet TCP/IP Modbus Ethernet TCP/IP Modbus

Direction France 84

Medium : Paire torsadée blindée

Topologie : Type bus

Avec dérivations et terminaisons de fin de ligne

Distance maximum : 1300 m sans répéteur

Débit : 19 200 bits/s (56 Kbits/s sur certains produits)

Nbre équipements : 32

1 maître et 31esclaves

La couche physique RS485La couche physique RS485

Direction France 85

Mâle coté produit

TIA/EIA-485 / SUB-D 9 pointsTIA/EIA-485 / RJ45

Connectiques préconisés par SchneiderConnectiques préconisés par Schneider

Femelle coté produitFemelle coté produit

Direction France 86


MicroQuantum

Premium

ATS48ATV28

Départs moteurs Tesys U

ATV58Tesys U

TéFin

de ligne

RépartieurModbus

Fin de ligne

Boîtier de dérivation

Direction France 87

Méthode d’accès au médium : Maître / esclave

Méthode de transmission : Client / serveurLe maître est client, l’esclave est serveur.

L’échange de données entre esclaves se fait par programme applicatif

Taille maxi des données utiles : 120 mots automate

Sécurité de transmission : LRC ou CRCDélimiteurs start et stopBit de parité

Flux continu

La couche liaisonLa couche liaison

Direction France 88

Modbus ASCII et Modbus RTUModbus ASCII et Modbus RTU

Le protocole MODBUS existe en 2 versions :

Mode ASCIIChaque octet de la trame est transmis sous la forme de 2 caractères ASCII.

Mode RTUChaque octet de la trame est transmis sous la forme de 2 caractères hexadécimaux de 4 bits.

Le principal avantage du mode RTU est qu’il transmet plus rapidement les informations.

Le mode ASCII permet d’avoir un intervalle de temps d’une seconde entre 2 caractères sans générer d’erreur de transmission.

Direction France 89

Structure d’une trame ModbusStructure d’une trame Modbus

La structure d’une trame Modbus est la même pour les requêtes (message du maître vers l’esclave) et les réponses (message de l’esclave vers le maître).

Modbus ASCII

Modbus RTU

Adresse ChecksumDataFonction: CR LF

3A Hex 0D Hex 0A Hex

Adresse ChecksumDataFonctionsilence silence

Silence >= 3,5 characters

Direction France 90

Requête :

Exemple de trame en mode RTU

Exemple de trame en mode RTU

Code Fonction = 3 : Read n words

AdresseEsclave

CRC16Adresse 1er mot

CodeFonct.= 3

Nombre de mots à lire

1 octet 1 octet 2 octets 2 octets 2 octets

Réponse :

1 octet 1 octet 2 octets 2 octets 2 octets2 octets

AdresseEsclave

CRC16Nombre

d’octets lusCode

Fonct.= 3Valeur du 1er mot

Valeur dudernier mot

Direction France 91

Les classes d’implémentationLes classes d’implémentation

Les classes d’implémentation de la messagerie Modbus sont un sous ensemble du projet Transparent Ready qui définit une liste de services à implémenter pour garantir une interopérabilité des produits Schneider.

Pour la famille des équipements serveurs (variateurs, démarreurs moteurs, E/S déportées, etc…) 3 classes sont définies.

Les classes correspondent à une liste de requêtes Modbus à supporter.

Basic : Accès mots et identification Regular : Basic + accès bits + diagnostic réseauExtended : Regular + autres accès

Direction France 92


Points forts

Faible coût d’implémentation

Offre Schneider


Points faibles

Nécessité d’écrire du programme

pour accéder à une variable.

Relativement lent

Pas de communication directe

d’esclave à esclave.

Direction France 93

Comparaison au niveau physiqueComparaison au niveau physique

ASi CANopen DeviceNetEthernet

TCP/IP ModbusProfibus-DP FIPIO Interbus Modbus

Médium

Câble plat jauneCâble rond non

blindéCâble rond

blindé

Paire torsadée blindée

Double paires torsadées blindées

Cable coaxial:10 base 2 - 10 base 5

Paire torsadée blindée:10 base T - 10 base TX

Fibre optique10 base F - 10 base FX


Fibre optique


Fibre optique

Double paires torsadées blindées


Distance maxi sans répéteur

100 m

Suivant débit :25 m à 1 Mbits/s

1 km à 10 Kbits/s

Suivant débit :100m à 500 Kbits/s500m à 125 Kbits/s

Paire torsadée 100mFibre optique 2000m

Suivant débit :100m à 12 Mbits/s1,2km à 10 Kbits/s

1000 m en paire torsadée

3000 m en fibre optique

400 m 1300 m

Distance maxi avec répéteurs

300 mFonction du type

de répéteurFonction du type

de répéteur10km fibre optique

400 à 4800 m suivant débit

15 km 12,8 kmFonction du type

de répéteur

Débit 166 Kbits/s9 débits possiblesde 10 Kbits/s à 1

Mbits/s

125, 250 ou 500 Kbits/s

10/100Mbits/s9,6 Kbits/s à 1

Mbits/s1 Mbits/s 500 Kbits/s

jusqu'à 19200 bits/s

Nombre maxi d'équipements

ASi V1 : 1 maître + 31 escl.

ASi V2 : 1 maître + 62 escl.

1281 maître et 127

esclaves

641 maître et 63

esclaves

64I/O scanning et

Modbus

Mono ou Multi-maîtres

126 équipements

maxi

1 gestionnaire+ 126 équipements

51232

1 maître et 31 esclaves

Direction France 94

Comparaison au niveau liaison et application

Comparaison au niveau liaison et application

ASi CANopen DeviceNetEthernetTCP/IP

ModbusProfibus-DP FIPIO Interbus Modbus

Méthode d'accès au

médium

Maître Esclaves

CSMA/CA CSMA/CA CSMA/CDToken ring

et maître/esclaveGestionnaire de

bus

Maître Esclaves

Trame unique

Maître Esclaves

Type et taille des données échangées

ASi V1 :Cycliques: 4 bits E 4 bits SAcycliques: 4 bits P

ASi V2 :Cycliques: 4 bits E 3 bits SAcycliques: 3 bits P

E/S cycliques : PDO8 octets E8 octets S

Acycliques : SDOParam./réglage>8 octets par

fractionnementdes informations

E/S cycliques :I/O messages

8 octets E8 octets Sou >8 si

fragmentation

Acycliques :Explicit messages

Param./réglage >8 octets par fractionnement

des informations

E/S cycliques :I/O scanning125 mots E125 mots S

Acycliques :Param./réglagepar messagerie

asynchrone 507mots

E/S cycliques :PZD

244 mots E244 mots S

PKW = 1 motà la fois

E/S cycliques :32 mots E32 mots S

Acycliques :Param.= 30 motsRégla. = 30 mots

E/S cycliques :256 mots E/S

Acycliques :256 mots par fragmentation

Variables acycliques1920 bits120 mots

Direction France 95

AutomatesAutomates


Modbus

Profibus-DP FIPIO Interbus Modbus

ZelioII Esclave CEV Oui

Twido Maître V2 OuiMaître ou esclave

Micro Maître V1 OuiOui

AgentMaître ou esclave

PremiumMaître V1 Maître V2

Oui Oui OuiOui

GestionnaireOui

Maître ou esclave

Quantum Maître V1 A venirOui

coupleur tiers

Oui Oui OuiMaître ou esclave

Direction France 96

Contrôle industrielContrôle industriel


Modbus

Profibus-DP

FIPIO Interbus Modbus

Commande mouvement

LEXIUMMHDA

Oui Oui Oui

TEGO Quickfit

Oui Oui Oui Oui Oui Oui

Tesys U Oui Via passerelle Via passerelle Via passerelle Oui

IP20 et IP 67 ASI

Oui

IP20 Momentum

Oui Oui Oui Oui Oui

Advantys IP20

Oui Oui Oui Oui Oui

Advantys IP67

Oui Oui Oui Oui

XBT-HXBT-PXBT-E

Via passerelle Oui

XBT-F Via passerelle Oui Oui Oui

ATS46 Via passerelle Via passerelle Via passerelle Oui

ATV31 Oui Oui

ATV58 Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui

ATV71 Oui Oui Oui

Variateurs

E/S déportées

HMI

Départs moteurs

Direction France 97

Les étapes de mise en œuvreLes étapes de mise en œuvre

Câblage de l’installation

Configuration des esclaves :Adresse, vitesse de communication...

Par switchs, commutateur rotatif, ou console.Certains produits détectent automatiquement

la vitesse et le format de communication

Déclaration du coupleur maître dans l’automate

Sauvegarde et transfert de la configuration dans l’automate

Configuration du coupleur maîtreAvec PL7 pour ASi, Ethernet,

FIPIO et Modbus

Avec SycCon pour CANopen,

et Profibus

Avec CMD Tool

pour Interbus

Su

r l’

ins

tall

ati

on

Av

ec

PL

7 e

t c

on

fig

ura

teu

r PL7 est le logiciel de programmation

des automates Micro et Premium

Direction France 98

Les étapes de mise en œuvreLes étapes de mise en œuvre

Vérification du fonctionnement de la communication par écran de mise au point

Développement programme applicatif

Test du programme

Av

ec

PL

7

Direction France 99

Les différents types d’échangesLes différents types d’échanges

L’ajout dans l’automate d’un module de communication enrichit l’application d’objets pouvant être de 2 types :

Objets implicites :

Ces variables d’entrées ou de sorties sont mises à jour automatiquement par l’UC de l’automate et le coupleur de communication de façon asynchrone.

Objets explicites :

Ces variables d’entrées ou de sorties mises à jour sur demande du programme utilisateur.

Il est également possible d’échanger directement des données entre l’application et des équipements distants en utilisant des fonctions de communication (Read_var, Write_var, Send_Req, etc…)

Direction France 100

Objets implicitesObjets implicites

Asynchronisme

Zone%I ou %IW

Zone%Q ou %QW

Zone%IMod

Processeur automate

Infos diagnostic

Zone mémoire

des entrées

Zone mémoire

des sorties


Temps de cycle

automate

Echangescycliques

automatiques

Equipement 1

Equipement 2

Equipement n

Bus

Temps de cycle

réseau

Echangescycliques

automatiques


Objets explicitesObjets explicites

Equipement 1

Equipement 2

Equipement n

BusCoupleur de communication

Paramètres de commande

Paramètres d’état

Paramètres de réglage courants

READ_STS

WRITE_CMD

WRITE_PAR

READ_PAR

SAVE_PAR

RESTORE_PAR

Echangesactivés par le programme

Echangesactivés par le coupleur suite

à demande prog.

Paramètres d’état

Processeur automate

Paramètres de commande

Paramètres de réglage courants

Paramètres de réglage initiaux

Zone%Mwxy*

* %Mwxy : Avec x = Numéro Rack - y = Numéro enplacement de coupleur de communication


Fonctions de communicationFonctions de communication

Equipement 1

Equipement 2

Equipement n

Processeur automate


Bus

Emplacement mémoire interne applicative

%MW paramétré dansla requête

Mémoire tampon

READ_VAR

WRITE_VAR

Echangesactivés par

requête*

SEND_REQ

* %La requête permet de paramétrer à quel équipement on s’adresse et où sont rangées les données.

Echangesactivés par le coupleur suite

à demande prog.

Direction France 1 Introduction aux réseaux de communication industriels Chapitre 2 :Les besoins et...

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