TERRAIN : un endroit, lespace ou quelque chose de limité géographiquement (atelier, usine,...

• TERRAINTERRAIN : :un endroit, l’espace ou quelque chose de limité un endroit, l’espace ou quelque chose de limité

géographiquement géographiquement (atelier, usine, voiture,…) (atelier, usine, voiture,…)

• BUSBUS (au sens informatique industrielle) : conducteur ou ensemble de conducteurs communs à conducteur ou ensemble de conducteurs communs à

plusieurs circuitsplusieurs circuits permettant l’échange de données entre euxpermettant l’échange de données entre eux

• RESEAURESEAU : ensemble de lignes de communication permettant l’échange ensemble de lignes de communication permettant l’échange de de

données données (informations) entre les différents systèmes éloignés(informations) entre les différents systèmes éloignés

Considérations Techniques

Qu’est ce qu’un Bus de Terrain ?Qu’est ce qu’un Bus de Terrain ?

Qu’est ce qu’un Bus de Terrain ?Qu’est ce qu’un Bus de Terrain ?

• Terme générique d’un Terme générique d’un Réseau de Communication NumériqueRéseau de Communication Numérique dédié aux dédié aux systèmes de l’automatisme industrielsystèmes de l’automatisme industriel

• Réseau de communication numérique entre équipement industriel déportéRéseau de communication numérique entre équipement industriel déporté

• Réseau Local IndustrielRéseau Local Industriel reliant différents types d’équipement reliant différents types d’équipement d’automatisme :d’automatisme :

– Entrés / Sorties déportéesEntrés / Sorties déportées– Capteurs / ActionneursCapteurs / Actionneurs– Automates ProgrammablesAutomates Programmables– Variateur de vitesseVariateur de vitesse

– Terminaux IHMTerminaux IHM (Interface Homme-Machine)(Interface Homme-Machine)

– CalculateursCalculateurs


Bus de Terrain : Conséquences immédiates.Bus de Terrain : Conséquences immédiates. Exemple en domaine Industrie de Process Ex

Réalisation classique 4-20 mA :Réalisation classique 4-20 mA :

- une barrière I.S et un câble pour - une barrière I.S et un câble pour chaque chaque capteur / actionneur capteur / actionneur (il manque encore alimentation électrique et les signaux de (il manque encore alimentation électrique et les signaux de synchronisation !)synchronisation !)

Réalisation Bus de Terrain :Réalisation Bus de Terrain :

- - une seuleune seule barrière I.S et barrière I.S et un seulun seul câble pour câble pour l’ensemblel’ensemble d’équipementd’équipement

Isolation de sécurité


• REDUCTION DES COÛTS INITIAUXREDUCTION DES COÛTS INITIAUX (Engineering) (Engineering)

– réduction massive du câblageréduction massive du câblage et du matériel nécessaire à et du matériel nécessaire à l’installation :l’installation :

• un seul câble en général pour tous les équipements au lieu d’un par un seul câble en général pour tous les équipements au lieu d’un par équipement équipement

• le nombre de câbles et de répartiteurs nécessaires diminue, de même que le nombre de câbles et de répartiteurs nécessaires diminue, de même que le volume des armoiresle volume des armoires

– réduction du temps d’installationréduction du temps d’installation et de la mise en service et de la mise en service

– réduction des erreurs de montageréduction des erreurs de montage grâce aux câbles pré- grâce aux câbles pré-confectionnésconfectionnés

– dans certains cas, la possibilité de réutiliser le câblage existant dans certains cas, la possibilité de réutiliser le câblage existant

AvantagesAvantages et limite ...et limite ...


• REDUCTION DES COÛTS DE MAINTENANCEREDUCTION DES COÛTS DE MAINTENANCE

– Complexité moindre donc moins de maintenance; fiabilité accrueComplexité moindre donc moins de maintenance; fiabilité accrue

– Outils de test et de paramétrage dédiés (analyseurs, configurateurs,…) Outils de test et de paramétrage dédiés (analyseurs, configurateurs,…)

– Maintenance plus aisée : Maintenance plus aisée : • réduction du temps de dépannageréduction du temps de dépannage• localisation des pannes plus facile grâce aux fonctions de diagnostic en lignelocalisation des pannes plus facile grâce aux fonctions de diagnostic en ligne• possibilités de télé-diagnostic, télé-dépannage, télé-configurationpossibilités de télé-diagnostic, télé-dépannage, télé-configuration

– Flexibilité pour l’extension du bus de terrain et pour le raccordement des Flexibilité pour l’extension du bus de terrain et pour le raccordement des nouveaux participantsnouveaux participants

AvantagesAvantages et Inconvénients ...et Inconvénients ...


Avantages etAvantages et LimitesLimites • CONNAISSANCES SUPERIEURESCONNAISSANCES SUPERIEURES

(liés au fait de devoir accéder à une nouvelle technologie)(liés au fait de devoir accéder à une nouvelle technologie)

– Compétences raresCompétences rares : la maîtrise des réseaux de communication : la maîtrise des réseaux de communication industrielle demande une formation spécifique industrielle demande une formation spécifique

• Topologie, fonctionnement et accès au bus : conflits, arbitrage, protocoles, …Topologie, fonctionnement et accès au bus : conflits, arbitrage, protocoles, …• Sécurité des informations transportées : gestion des erreursSécurité des informations transportées : gestion des erreurs• Supports physiques Supports physiques

• ABSENCE DE NORMALISATION au niveau internationalABSENCE DE NORMALISATION au niveau international (la norme IEC 61158 est un échec)(la norme IEC 61158 est un échec)

• CHOIX ENTRE SOLUTIONS PROPRIETAIRES ET STANDARDSCHOIX ENTRE SOLUTIONS PROPRIETAIRES ET STANDARDS (Solution « Bus de terrain » reste toujours une solution « standard (Solution « Bus de terrain » reste toujours une solution « standard propriétaire »propriétaire » ))

• INVESTISSEMENT en équipements et accessoiresINVESTISSEMENT en équipements et accessoires (monitoring, maintenance : coûts apparemment supérieurs)(monitoring, maintenance : coûts apparemment supérieurs)

• MANQUE d ’INTEROPERABILITE TOTALE MANQUE d ’INTEROPERABILITE TOTALE (passerelles obligatoires)(passerelles obligatoires) – entre les différents réseauxentre les différents réseaux– entre les différents niveaux d ’automatismeentre les différents niveaux d ’automatisme – même parfois au sein d’une technologie donnée : ex.CANmême parfois au sein d’une technologie donnée : ex.CAN


Bus de Terrain et le Modèle OSI Bus de Terrain et le Modèle OSI

Application

…

…

…

…

LLC

MAC

Physique

7

6

5

4

3

2

1

Application

…

…

…

…

LLC

MAC

Physique

7

6

5

4

3

2

1

Utilisateur

Su

pe

rvis

ion

R

ése

au

Standard de fait

Standard

ISA / SP50

• Un Bus de Terrain est basé sur la restriction du modèle OSI à 3 couches : Un Bus de Terrain est basé sur la restriction du modèle OSI à 3 couches : – Couche 1 : PhysiqueCouche 1 : Physique– Couche 2 : Liaison de DonnéesCouche 2 : Liaison de Données– Couche 7 : ApplicationCouche 7 : Application

• Couches 3 à 6 sont vides car il n’y a pas besoin d’interconnexion avec un Couches 3 à 6 sont vides car il n’y a pas besoin d’interconnexion avec un autre réseau (gain de performance)autre réseau (gain de performance)

• Cette modélisation est respectée par les standards de fait et Cette modélisation est respectée par les standards de fait et internationaux !!!! internationaux !!!!


Bus de Terrain et le standard ISA / SP50 : Couche Bus de Terrain et le standard ISA / SP50 : Couche 2 : Liaison2 : Liaison

• Couche Liaison Couche Liaison MACMAC ISA/SP50 : arbitrage et accès au médium : ISA/SP50 : arbitrage et accès au médium :– Le principe Maître - EsclaveLe principe Maître - Esclave– Un nœud MAÏTRE actifUn nœud MAÏTRE actif– Plusieurs nœud Esclaves qui ont le droit seulement de répondre au Plusieurs nœud Esclaves qui ont le droit seulement de répondre au

MaîtreMaître– Accès au médium par le polling avec jeton : on peut avoir plusieurs Accès au médium par le polling avec jeton : on peut avoir plusieurs

Maîtres déclarés mais Maîtres déclarés mais seul le maître ayant le jetonseul le maître ayant le jeton est le MAÎTRE est le MAÎTRE ELU pour interroger les nœuds esclaves (pas de contention)ELU pour interroger les nœuds esclaves (pas de contention)

– Chaque trame contient les adresses SOURCE et DESTINATIONChaque trame contient les adresses SOURCE et DESTINATION– Il existe le code CRC 16 bits pour la détection des erreurs de donnéesIl existe le code CRC 16 bits pour la détection des erreurs de données

• Couche Liaison Couche Liaison LLCLLC ISA/SP50 (en cours de normalisation) supporte ISA/SP50 (en cours de normalisation) supporte les deux types de messages :les deux types de messages :

– MESSAGE OPERATIONNELMESSAGE OPERATIONNEL (« OPERATION ») : faible volume, temps (« OPERATION ») : faible volume, temps critique, pour le transfert des variables et commandescritique, pour le transfert des variables et commandes

– MESSAGE DE FONDMESSAGE DE FOND (« BACKGROUND ») : fort volume, temps non (« BACKGROUND ») : fort volume, temps non critique, pour le diagnostic, configuration,...critique, pour le diagnostic, configuration,...

Application

…

…

…

…

LLCLLC

MACMAC

Physique

7

6

5

4

3

22

1

Utilisateur

Su

pe

rvis

ion

R

ése

au


Bus de Terrain et le standard ISA / SP50 : Couche 7 : Bus de Terrain et le standard ISA / SP50 : Couche 7 : ApplicationApplication

• Couche Couche ApplicationApplication ISA/SP50 définit deux types de ISA/SP50 définit deux types de connexion :connexion :

– Modèle CLIENT / SERVEURModèle CLIENT / SERVEUR : pour le transfert acyclique : pour le transfert acyclique de données (fort volume) entre deux applications (rapports, de données (fort volume) entre deux applications (rapports, gestion,..)gestion,..)

– Modèle PRODUCTEUR / CONSOMMATEUR Modèle PRODUCTEUR / CONSOMMATEUR («Publisher/Subscriber») : pour le transfert cyclique de («Publisher/Subscriber») : pour le transfert cyclique de données (faible volume) entre deux applications (contrôle - données (faible volume) entre deux applications (contrôle - commande, état capteurs / actionneurs, ….)commande, état capteurs / actionneurs, ….)

• BUS DE TERRAIN ISA / SP 50 EST EN COURS DE BUS DE TERRAIN ISA / SP 50 EST EN COURS DE NORMALISATION (FF, ISA, CEI)NORMALISATION (FF, ISA, CEI)

– couche liaison adoptée en 1997couche liaison adoptée en 1997– premières réalisations : WorldFIP, FIELDBUS premières réalisations : WorldFIP, FIELDBUS

FOUNDATION, HARTFOUNDATION, HART– PROFIBUS (bien que dissident de ce groupe de PROFIBUS (bien que dissident de ce groupe de

normalisation) converge vers cette normenormalisation) converge vers cette norme

ApplicationApplication

…

…

…

…

LLC

MAC

Physique

77

6

5

4

3

2

1

Utilisateur

Su

pe

rvis

ion

R

ése

au


Bus de Terrain : Bus de Terrain : Les Supports Physiques Les Supports Physiques

• L’utilisation des supports physiques dépend de la distance entre les L’utilisation des supports physiques dépend de la distance entre les stations et de l ’environnement dans lequel sera installé le supportstations et de l ’environnement dans lequel sera installé le support

• Les CABLES :Les CABLES : - - Paire torsadée (blindé ou non )Paire torsadée (blindé ou non )

- Câble coaxial- Câble coaxial

- Câble électrique (courant porteur )- Câble électrique (courant porteur )

- Fibre optique- Fibre optique

• AUTRES :AUTRES :

- Ondes hertziennes (radio)- Ondes hertziennes (radio)

- Par infra-rouges- Par infra-rouges

- Par laser- Par laser


Bus de Terrain : Bus de Terrain : Topologie Topologie

• La La TopologieTopologie est la manière dont les équipements d’un réseau est la manière dont les équipements d’un réseau sont reliés entre eux par le support physique .sont reliés entre eux par le support physique .

• Les quatre différentes topologies possibles sont :Les quatre différentes topologies possibles sont :– AnneauAnneau (« Ring ») (« Ring »)– EtoileEtoile (« Star »), (« Star »), – BusBus, , – ArbreArbre (« Tree ») (« Tree »)


Bus de Terrain : Bus de Terrain : Topologie Topologie (suite)


HUB : Host Unit Broadcast (unité de diffusion vers les hôtes)

HUBHUB

Topologie en Topologie en ANNEAUANNEAU

Topologie en Topologie en ETOILEETOILE

• Chaque station est raccordée à un câble Chaque station est raccordée à un câble constituant une liaison physique commune en constituant une liaison physique commune en forme d’une boucle ou circuit ferméforme d’une boucle ou circuit fermé• Communication unidirectionnelle : Communication unidirectionnelle : Le transfert de l’information se fait dans un seul Le transfert de l’information se fait dans un seul sens, le long du support de transmissionsens, le long du support de transmission• L’anneau est une structure active , les L’anneau est une structure active , les signaux sont régénérés au passage dans signaux sont régénérés au passage dans chaque nœud chaque nœud • Problèmes si un nœud en panne; la rupture Problèmes si un nœud en panne; la rupture de l’anneau paralyse le trafic sur le réseau de l’anneau paralyse le trafic sur le réseau • Extension impossible en fonctionnement Extension impossible en fonctionnement

• Nœud Central : Cette configuration est Nœud Central : Cette configuration est caractérisée par un nœud centrale (caractérisée par un nœud centrale (HUB)HUB) auquel auquel chaque station est reliées chaque station est reliées

• Le HUB doit assurer la connexion à travers du Le HUB doit assurer la connexion à travers du réseau réseau

• Le transfert de l’information s’effectue en mode Le transfert de l’information s’effectue en mode « point - à - point »« point - à - point »

• En cas de panne du HUB, l’ensemble du réseau En cas de panne du HUB, l’ensemble du réseau est hors service !!! est hors service !!!

• L’extension possible en fonctionnement mais L’extension possible en fonctionnement mais limitée par la capacité du HUBlimitée par la capacité du HUB

• Plus de câbles et manque de souplesse ; il faut Plus de câbles et manque de souplesse ; il faut une liaison supplémentaire pour chaque station une liaison supplémentaire pour chaque station rajoutée rajoutée

• La gestion du réseau est plus simple et plus La gestion du réseau est plus simple et plus économique économique

Bus de Terrain : Bus de Terrain : TopologieTopologie (suite)

Topologie Topologie

en ARBREen ARBRE Topologie en BUSTopologie en BUS

Topologie en BUSTopologie en BUS : :

• Dans cette configuration chaque nœud est raccordé à un câble constituant Dans cette configuration chaque nœud est raccordé à un câble constituant une liaison physique commune une liaison physique commune

• Le transfert de l’information s’effectue en mode « Le transfert de l’information s’effectue en mode « multipoint multipoint »»

• Tout message transmis emprunte le même câble pour atteindre les Tout message transmis emprunte le même câble pour atteindre les différents nœuds différents nœuds

• Cette organisation permet de réduire le nombre de connexionsCette organisation permet de réduire le nombre de connexions

• Une défaillance d’un nœud n’interrompe pas la communication entre les Une défaillance d’un nœud n’interrompe pas la communication entre les autres nœuds autres nœuds

• Extension aiséeExtension aisée

• Elle est la plus largement répandue à l’heure actuelle.Elle est la plus largement répandue à l’heure actuelle.

Topologie en ARBRETopologie en ARBRE : :

• Compromis entre les 3 topologies précédentesCompromis entre les 3 topologies précédentes


• Modèle Modèle Maître - EsclaveMaître - Esclave : : Un Maître interroge cycliquement ses EsclavesUn Maître interroge cycliquement ses Esclaves– Maître : Maître : Station qui peut prendre de sa propre initiative, le contrôle du support de transmission pour Station qui peut prendre de sa propre initiative, le contrôle du support de transmission pour

émettre, émettre, sans attendre d ’autorisationsans attendre d ’autorisation

– Esclave : Esclave : Station qui ne peut pas prendre, de sa propre initiative, le contrôle du support Station qui ne peut pas prendre, de sa propre initiative, le contrôle du support pour émettre, pour émettre, elle doit attendre une autorisation pour le faire. elle doit attendre une autorisation pour le faire.

Elle émet à la demande du Elle émet à la demande du Maître.Maître.

• Modèle Modèle Client - ServeurClient - Serveur : : Le Client envoie des requêtes en direction du Le Client envoie des requêtes en direction du Serveur qui répond en renvoyant les données demandées Serveur qui répond en renvoyant les données demandées (communication point-à-point (communication point-à-point entre appareils présents sur le Bus de terrain)entre appareils présents sur le Bus de terrain)

– Client :Client : Le processus (une station) qui prend l’initiative de communication Le processus (une station) qui prend l’initiative de communication

– Serveur :Serveur : Le processus (une station) à l’écoute d’une demande de service en provenance Le processus (une station) à l’écoute d’une demande de service en provenance

d’un processus (station) Client d’un processus (station) Client • Modèle Modèle Producteur - ConsommateurProducteur - Consommateur : : La station qui émet (Producteur), La station qui émet (Producteur),

envoie une information reconnue par son identificateur. Toutes les stations qui envoie une information reconnue par son identificateur. Toutes les stations qui utilisent cette donnée (Consommateurs) peuvent la lire en même temps utilisent cette donnée (Consommateurs) peuvent la lire en même temps (communication enregistrée de type diffusion)(communication enregistrée de type diffusion)

• JETONJETON : un message particulier que l ’on passe de station en station. : un message particulier que l ’on passe de station en station. – La station qui veut émettre doit être en possession du jeton. La station qui veut émettre doit être en possession du jeton. – Une fois l’émission terminée, la station remet le jeton dans le circuit (envoie vers la station Une fois l’émission terminée, la station remet le jeton dans le circuit (envoie vers la station

suivante)suivante)

Quelques définitionsQuelques définitions


Bus de Terrain : Bus de Terrain : Techniques d’accès au médium et d’échange Techniques d’accès au médium et d’échange de donnéesde données • C'est la C'est la sous-couche MACsous-couche MAC (couche 2) qui réalise la gestion des accès sur le (couche 2) qui réalise la gestion des accès sur le

médium, et le médium, et le protocoleprotocole qui en définit les règles d’échange d ’information. qui en définit les règles d’échange d ’information.

• Il existe plusieurs techniques d'accès qui sont indépendantes du type de Il existe plusieurs techniques d'accès qui sont indépendantes du type de topologie, mais deux méthodes essentielles peuvent être distinguées :topologie, mais deux méthodes essentielles peuvent être distinguées :– méthodes d ’accès par méthodes d ’accès par ELECTION ELECTION (accès centralisé)(accès centralisé)

• la gestion de l ’accès est confiée à un arbitre fixe (Maître ou Arbitre de Bus)la gestion de l ’accès est confiée à un arbitre fixe (Maître ou Arbitre de Bus)

– L ’accès par L ’accès par COMPETITIONCOMPETITION (accès aléatoire) (accès aléatoire)• chaque station peut émettre, dès qu ’elle le désire, ce qui implique un risque de conflit d ’accès chaque station peut émettre, dès qu ’elle le désire, ce qui implique un risque de conflit d ’accès

avec les autres stations et des procédures de résolution de ces conflitsavec les autres stations et des procédures de résolution de ces conflits

• Les techniques d ’accès les plus connues :Les techniques d ’accès les plus connues :– Par « Polling » Par « Polling » (E)(E)

– Par multiplexage temporel (TDMA) Par multiplexage temporel (TDMA) (E)(E)

– Techniques d’accès par jeton Techniques d’accès par jeton (E)(E)

– Modèle « Producteur - Consommateur » Modèle « Producteur - Consommateur » (E)(E)

– Arbitrage « Bit à Bit » avec le bit dominant (Binary Countdown) Arbitrage « Bit à Bit » avec le bit dominant (Binary Countdown) (C)(C)

– Accès aléatoire (CSMA/CD, CSMA/CA) Accès aléatoire (CSMA/CD, CSMA/CA) (C)(C)


Bus de Terrain : Bus de Terrain : Techniques d’accès au médiumTechniques d’accès au médium Modèle Producteur/Consommateur Modèle Producteur/Consommateur (ex. WorldFIP)(ex. WorldFIP)

Station 2

Produits ID : 09

Consom ID: 08,10,12

• Repose sur un mécanisme de diffusion (Broadcasting) et le contrôle d ’accès est géré par une Repose sur un mécanisme de diffusion (Broadcasting) et le contrôle d ’accès est géré par une fonction centralisée appelée « fonction centralisée appelée « Arbitre de BusArbitre de Bus » implantée dans une station dédiée» implantée dans une station dédiée

• Les stations peuvent être définis comme PRODUCTEURS ou CONSOMMATEURS d ’informations.Les stations peuvent être définis comme PRODUCTEURS ou CONSOMMATEURS d ’informations.

• Une information (variable) est produite par Une information (variable) est produite par UN SEULUN SEUL producteur et est référencée par un producteur et est référencée par un IDentificateur uniqueIDentificateur unique

• Arbitre de Bus prélève dans la table de scrutation un identificateur ID et l ’émet sur le réseau Arbitre de Bus prélève dans la table de scrutation un identificateur ID et l ’émet sur le réseau

• Station qui se reconnaît comme producteur de cette variable, diffuse immédiatement la réponse Station qui se reconnaît comme producteur de cette variable, diffuse immédiatement la réponse contenant la valeur de la variablecontenant la valeur de la variable

• La réponse est reçue par toutes les stations et est exploitée uniquement par les consommateurs La réponse est reçue par toutes les stations et est exploitée uniquement par les consommateurs de la variablede la variable

Station 1

Produits ID : 12

Consom ID: 07

Station 3

Produits ID : 10

Consom ID: 07,09,12

Station 6

Produits ID : 07

Consom ID: 09,10

Station 4

Produits ID :

Consom ID: 09,10,12

Station 5

Produits ID : 08

Consom ID: 07,09,12

Station 7 (Arbitre de Bus)(Arbitre de Bus)

Table de Scrutation Liste ID : 07, 08, 09, 10,

12


Bus de Terrain : Bus de Terrain : Techniques d’accès au médiumTechniques d’accès au médium Accès par l’arbitrage Bit à Bit Accès par l’arbitrage Bit à Bit « CSMA/CD+AMP» (ex. bus CAN)« CSMA/CD+AMP» (ex. bus CAN)

• Lorsque le bus est libre, n’importe quel nœud (station) peut commencer à transmettre Lorsque le bus est libre, n’importe quel nœud (station) peut commencer à transmettre l’information en émettant l’entête de tramel’information en émettant l’entête de trame

• L’entête contient L’entête contient l’IDENTIFICATEURl’IDENTIFICATEUR de 11 bits spécifiquement associé à cette de 11 bits spécifiquement associé à cette information; l’arbitrage ne concerne que cet identificateur. information; l’arbitrage ne concerne que cet identificateur.

• Le protocole spécifie des bits Le protocole spécifie des bits DOMINANTSDOMINANTS (bits à 0) et (bits à 0) et RECESSIFSRECESSIFS (bits à 1) dans (bits à 1) dans l’identificateurl’identificateur

• Lorsque deux nœuds tentent d’accéder simultanément au médium, les bits récessifs de Lorsque deux nœuds tentent d’accéder simultanément au médium, les bits récessifs de l’identificateur d’un nœud sont masqués par les bits dominants de l’identificateur plus l’identificateur d’un nœud sont masqués par les bits dominants de l’identificateur plus prioritaire de l’autre nœud.prioritaire de l’autre nœud.

• Chaque émetteur écoute le bus et bascule en réception dès qu ’il détecte un bit dominant Chaque émetteur écoute le bus et bascule en réception dès qu ’il détecte un bit dominant alors qu ’il envoie un bit récessifalors qu ’il envoie un bit récessif

• Le nœud dont l’identificateur avait la plus haute priorité (c’est-à-dire celui dont Le nœud dont l’identificateur avait la plus haute priorité (c’est-à-dire celui dont l’identificateur est le plus faible) « gagne » l ’arbitrage et accède ainsi au bus l’identificateur est le plus faible) « gagne » l ’arbitrage et accède ainsi au bus

• Son information est envoyée sans perte de tempsSon information est envoyée sans perte de temps

• Le nœud qui a perdu l’arbitrage tente à nouveau un accès au bus dès que le bus se libère; Le nœud qui a perdu l’arbitrage tente à nouveau un accès au bus dès que le bus se libère; l’arbitrage l’arbitrage n’est donc pas destructifn’est donc pas destructif

• Efficacité importante, accès multiples possibles, Déterministe Efficacité importante, accès multiples possibles, Déterministe

• Mais : le temps de propagation des signaux doit être très petit par rapport à la durée d’un Mais : le temps de propagation des signaux doit être très petit par rapport à la durée d’un bit (bit time) car chaque nœud doit réagire pendant ce temps (bit time)bit (bit time) car chaque nœud doit réagire pendant ce temps (bit time)

• Cette méthode est appelée Cette méthode est appelée CCarrier arrier SSense ense MMultiple ultiple AAccess with ccess with CCollision ollision DDetection and etection and AArbitration on rbitration on MMessage essage PPriorityriority


Bus de Terrain : Bus de Terrain : Techniques d’accès au médiumTechniques d’accès au médium Accès par l’arbitrage bit à bit « CSMA/CD+AMP » (exemple: bus CAN)Accès par l’arbitrage bit à bit « CSMA/CD+AMP » (exemple: bus CAN)

Abandon Nœud 1

Abandon Nœud 2

Bus de Terrain : Bus de Terrain : Techniques d’accès au médiumTechniques d’accès au médium

Station 2 Station 3 Station 4Station 1

Accès aléatoire par compétition CSMA Accès aléatoire par compétition CSMA

Émission simultanée : (1)-->(3) et (4)-->(2)

CSMA : Carrier Sense Multiple Access (Ecoute porteuse, accès multiple)CSMA : Carrier Sense Multiple Access (Ecoute porteuse, accès multiple)

• Dans la méthode CSMA plusieurs stations peuvent tenter d’accéder simultanément au support Dans la méthode CSMA plusieurs stations peuvent tenter d’accéder simultanément au support (Multiple Access)(Multiple Access)

• Ceci impose pour chaque station l’écoute et la détection du signal sur le réseau Ceci impose pour chaque station l’écoute et la détection du signal sur le réseau (Carrier Sense).(Carrier Sense).

• Chaque trame qui passe par le réseau est lue par toutes les stations. Si l’adresse de Chaque trame qui passe par le réseau est lue par toutes les stations. Si l’adresse de destination correspond à celle de la station, la trame est envoyée vers la couche supérieure, destination correspond à celle de la station, la trame est envoyée vers la couche supérieure, sinon elle est rejetée. sinon elle est rejetée.

• Une station ayant des trames à émettre teste la présence du signal sur le bus.Une station ayant des trames à émettre teste la présence du signal sur le bus.• Si le bus est libre, elle transmet la trame.Si le bus est libre, elle transmet la trame.

• Sinon (une autre station est en train d ’émettre) elle diffère son émissionSinon (une autre station est en train d ’émettre) elle diffère son émission

• Cette technique n ’évite pas Cette technique n ’évite pas les collisionsles collisions, deux stations peuvent envoyer une trame , deux stations peuvent envoyer une trame simultanément. En cas de collision les trames sont altérées, donc perdues.simultanément. En cas de collision les trames sont altérées, donc perdues.

• La méthode La méthode CSMA/CDCSMA/CD prévoit une détection des collisions prévoit une détection des collisions (Collision Detection)(Collision Detection). Une fois la trame . Une fois la trame émise, la station écoute le support pendant un temps (double temps de propagation).émise, la station écoute le support pendant un temps (double temps de propagation).

• Au bout de ce temps, deux cas peuvent se présenter Au bout de ce temps, deux cas peuvent se présenter

• la trame émise n’est pas altérée, il n’y a pas eu de collision ; la station peut poursuivre sa transmissionla trame émise n’est pas altérée, il n’y a pas eu de collision ; la station peut poursuivre sa transmission

• la station détecte une trame altérée, il y a eu collision ; la station reprend la transmission après un temps la station détecte une trame altérée, il y a eu collision ; la station reprend la transmission après un temps d’attente aléatoired’attente aléatoire


Bus de Terrain : Bus de Terrain : Techniques d’accès au médium Techniques d’accès au médium (Récapitulatif)(Récapitulatif)

Efficacitétraficfaible

Efficacitétraficélevé

Déterminisme RobustesseFlexibilitécouche

physique

Coût parnœud

Polling TDMA JETON

ProducteurConsommateur

Bit à Bit CSMA/CD / CSMA/CA

: bon

: OK (à condition que…)

: mauvais


Classification des Bus de Terrain Classification des Bus de Terrain

• On regroupe sous le terme « Bus de Terrain » tous On regroupe sous le terme « Bus de Terrain » tous les bus (réseaux) les bus (réseaux) de communication industriels de communication industriels

• On peut classer ces réseaux suivant différents critères On peut classer ces réseaux suivant différents critères (topologie, débit (topologie, débit maximum, Nombre maximum de nœuds, protocoles et méthodes d ’accès au maximum, Nombre maximum de nœuds, protocoles et méthodes d ’accès au médium,…)médium,…)

• On distingue néanmoins par complexité décroissante : On distingue néanmoins par complexité décroissante : – Le Le Réseau d’UsineRéseau d’Usine : : Réseau Local Industriel basé sur Ethernet (MAP,TOP, TCP/IP)– Le Le Bus de TerrainBus de Terrain (Field Bus) pour relier des Unités Intelligentes– Le Le Bus de bas niveau Capteurs/ActionneursBus de bas niveau Capteurs/Actionneurs (Sensor/Aktor Bus)

MAP : Manufacturing Automation Protocol

TOP : Technical and Office Protocol

TCP/IP : Transfert Control Protocol / Internet Protocol


• En général ce réseau ne fait pas partie des « Bus de Terrain » mais il est En général ce réseau ne fait pas partie des « Bus de Terrain » mais il est indispensable dans pratiquement tous les ateliers industriels indispensable dans pratiquement tous les ateliers industriels

• Ce réseau utilise comme moyen physique l ’ Ce réseau utilise comme moyen physique l ’ ETHERNETETHERNET

• Mise à part des applications bureautiques, la principale fonction de ce réseau Mise à part des applications bureautiques, la principale fonction de ce réseau est assurer la communication entre les équipements de production (la est assurer la communication entre les équipements de production (la messagerie), les PC de supervision et les PC de contrôle/qualité messagerie), les PC de supervision et les PC de contrôle/qualité

• C ’est pourquoi, il est assez fréquent d’étendre ce réseau vers le niveau plus C ’est pourquoi, il est assez fréquent d’étendre ce réseau vers le niveau plus basbas (avec par exemple Ethernet TCP/IP) (avec par exemple Ethernet TCP/IP)

• Aujourd’hui, avec des Aujourd’hui, avec des WebServeurs WebServeurs qui commencent à apparaître dans les qui commencent à apparaître dans les équipements industriels, il est question d ’en faire une partie intégrale avec équipements industriels, il est question d ’en faire une partie intégrale avec des Bus de Terrain (le concept des Bus de Terrain (le concept WIMWIM : WEB Integrated Manufacturing) : WEB Integrated Manufacturing)

Réseau d’Usine :Réseau d’Usine :

Classification des Bus de Terrain Classification des Bus de Terrain (suite)


Réseau - Bus de Réseau - Bus de Terrain :Terrain :• Les « Bus de Terrain » ont pour tâche de relier des unités « intelligentes » qui Les « Bus de Terrain » ont pour tâche de relier des unités « intelligentes » qui

coopèrent dans l’exécution de travaux, d ’où des temps de réaction sont plus coopèrent dans l’exécution de travaux, d ’où des temps de réaction sont plus critiques qu’au niveau du réseau d’usine critiques qu’au niveau du réseau d’usine (temps de cycle, caractère (temps de cycle, caractère déterministe) déterministe)

• Les temps de réaction sont de l’ordre de quelques dizaines de millisecondesLes temps de réaction sont de l’ordre de quelques dizaines de millisecondes• Les Bus de Terrain doivent permettre l’envoi des trames allant de quelques Les Bus de Terrain doivent permettre l’envoi des trames allant de quelques

dizaines d’octets jusqu’à 256 octetsdizaines d’octets jusqu’à 256 octets• Les Bus de Terrain ont souvent une hiérarchie « Les Bus de Terrain ont souvent une hiérarchie « Maître-EsclaveMaître-Esclave » »

– Maître coordonne des opérations et la communication, en interrogeant cycliquement Maître coordonne des opérations et la communication, en interrogeant cycliquement les Esclavesles Esclaves

– Ces derniers n ’ont donc droit à parole que lorsque le Maître le leur permetCes derniers n ’ont donc droit à parole que lorsque le Maître le leur permet– Mais, si le Maître tombe en panne, plus rien ne marcheMais, si le Maître tombe en panne, plus rien ne marche– C ’est pourquoi, les Bus les plus récents (WorldFIP, Profibus, CAN,..) ont une C ’est pourquoi, les Bus les plus récents (WorldFIP, Profibus, CAN,..) ont une

possibilité de passer « le témoin, jeton » à un autre Maître (Bus « MultiMaître) possibilité de passer « le témoin, jeton » à un autre Maître (Bus « MultiMaître)

• La plupart des Bus de Terrain ont la possibilité d ’accéder au niveau inférieur La plupart des Bus de Terrain ont la possibilité d ’accéder au niveau inférieur (Capteurs/Actionneurs) et aussi de couvrir une partie du niveau supérieur (Capteurs/Actionneurs) et aussi de couvrir une partie du niveau supérieur (messagerie)(messagerie)



Bus Capteurs/Actionneurs Bus Capteurs/Actionneurs ::• Les Bus de bas niveau Capteurs/Actionneurs ont pour tâche de relier entre eux Les Bus de bas niveau Capteurs/Actionneurs ont pour tâche de relier entre eux

des nœuds à intelligence limitée ou nulle dont une seule tâche est d ’élaborer des nœuds à intelligence limitée ou nulle dont une seule tâche est d ’élaborer les données les plus élémentaires telles que les états des entrées ou des sorties les données les plus élémentaires telles que les états des entrées ou des sorties (Capteurs/Actionneurs)(Capteurs/Actionneurs)

• Le temps de réaction est primordial et ne peut pas dépasser Le temps de réaction est primordial et ne peut pas dépasser quelques quelques millisecondesmillisecondes

• Le nombre de données circulant sur le bus doit être limité au stricte minimum Le nombre de données circulant sur le bus doit être limité au stricte minimum [trame unique, fixe, cyclique (InterBus) ou une trame avec protocole (CAN,AS-I)] [trame unique, fixe, cyclique (InterBus) ou une trame avec protocole (CAN,AS-I)]

• Les distances à couvrir sont généralement moins importantes que celles Les distances à couvrir sont généralement moins importantes que celles couvertes par un Bus de Terraincouvertes par un Bus de Terrain



TERRAIN(Capteur/Actionneur)

fonctions élaborés

TERRAIN(Capteur/Actionneur)

fonctions simples

CELLULEBus de Terrain

(Contrôle/Coordination)

Réseau d’USINE( Gestion)

( Contrôle Production )

Ouverture versle monde

Gestion événementsLecture/Ecriture E/S

Téléchargement(plusieurs octets,mots)

Fonctions simples Lecture/Ecriture

Capteurs/Actionneurs(bits,octet)

Tâches de CtrlSupervision,Config.

Communication(trames, paquets)

Gestion, CoordinationMessagerie, RoutageTransfert Fichiers et

ProgrammesContrôle Qualité

HA

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IP



Réseau AS-IRéseau AS-I ((AActuator ctuator SSensor ensor IInterface)nterface)

AS-I est un standard international (la norme IEC 62026-2) pour le plus bas niveau AS-I est un standard international (la norme IEC 62026-2) pour le plus bas niveau de réseaux d’automatismes : de réseaux d’automatismes : bus de Capteurs / Actionneursbus de Capteurs / Actionneurs

• BUTS BUTS – remplacer le câblage traditionnel au niveau terrain par une paire non blindée remplacer le câblage traditionnel au niveau terrain par une paire non blindée – possibilité de raccorder des capteurs et actionneurs binaires de différents possibilité de raccorder des capteurs et actionneurs binaires de différents

constructeurs sur un bus de communication sérielle constructeurs sur un bus de communication sérielle – bénéficier des nouvelles fonctions de capteurs/actionneurs bénéficier des nouvelles fonctions de capteurs/actionneurs

(diagnostic, paramétrage, maintenance automatique)(diagnostic, paramétrage, maintenance automatique)– simplifier et minimiser les modifications du câblage et de la connectique associéesimplifier et minimiser les modifications du câblage et de la connectique associée

Maître AS-I

Câblage parallèle bus

Chip ASICintégré

Esclaves AS-I

Réseau AS-IRéseau AS-I (Principes...)(Principes...)

• PRINCIPES PRINCIPES – Support physique : Support physique : 2 fils non-blindés pour données et alimentation2 fils non-blindés pour données et alimentation

(24 V DC, 8 A)(24 V DC, 8 A)– Longueur max 100m (300 m avec répéteurs)Longueur max 100m (300 m avec répéteurs)– Pas de résistance de terminaisonPas de résistance de terminaison– Câble complémentaire pour alimentation séparée (noir : 24 V DC, rouge : Câble complémentaire pour alimentation séparée (noir : 24 V DC, rouge :

230 V AC)230 V AC)– Topologie libreTopologie libre (bus, étoile, arbre) (bus, étoile, arbre)– Participants : Participants : Maître et EsclavesMaître et Esclaves (31 Esclaves maximum) (31 Esclaves maximum)– Participants Esclaves : maximum 248 bits Entrées/Sorties TORParticipants Esclaves : maximum 248 bits Entrées/Sorties TOR

– 4 points de connexion pour Esclave standard 4 points de connexion pour Esclave standard (point (point = une entrée ou sortie)= une entrée ou sortie)

– 8 points de connexion pour Esclave spécifique 8 points de connexion pour Esclave spécifique – Adressage des Esclaves par software (console de poche ou logiciel)Adressage des Esclaves par software (console de poche ou logiciel)– Entrées/Sorties analogiques possiblesEntrées/Sorties analogiques possibles

..

Câble d ’alimentation complémentaire

Câble AS-I : signaux + alimentation

Esclave

Esclave

EsclaveEsclave

Esclave

Esclave

Esclave

Maître

Esclave

Esclave

AlimAS-I

Esclave

Réseau AS-IRéseau AS-I (Protocole...)(Protocole...)

• PROTOCOLEPROTOCOLE– Maître/Esclave (par polling) , 1 Maître , 31 Esclaves maxMaître/Esclave (par polling) , 1 Maître , 31 Esclaves max

• trame très compacte : requête + réponse = trame très compacte : requête + réponse = 25 bits25 bits– Temps de scrutation du réseau complet : 5 ms pour 31 esclavesTemps de scrutation du réseau complet : 5 ms pour 31 esclaves– Vitesse de transmission : 167 Kbit/s pour un débit utile de 53.3 Kbit/sVitesse de transmission : 167 Kbit/s pour un débit utile de 53.3 Kbit/s

Appels séquentiels du MaîtreAppels séquentiels du Maître : Interrogation des EsclavesInterrogation des Esclaves

Réponses des esclavesRéponses des esclaves : Esclave interrogé répond immédiatementEsclave interrogé répond immédiatement

contrôleur

MaîtreAS-I

vers l'esclavevers l'esclaven+1

vers l'esclaven

vers l'esclave31

Réseau AS-IRéseau AS-I (Câblage...)(Câblage...)

• FORME DU CABLEFORME DU CABLE

– Câble plat à détrompeur mécaniqueCâble plat à détrompeur mécanique• jaune jaune : Interface AS-I, : Interface AS-I, alimentation alimentation

incorporée, signaux superposésincorporée, signaux superposés

• noir : noir : alimentation complémentaire 24 V DCalimentation complémentaire 24 V DC

• rougerouge : : alimentation complémentaire 230 V DCalimentation complémentaire 230 V DC• connecteurs à prises « vampires »connecteurs à prises « vampires » (simple,sûr, (simple,sûr,

IP67)IP67)

– Câble rond (blindé, non blindé) Câble rond (blindé, non blindé) • pour des applications spécialespour des applications spéciales• connecteurs à visconnecteurs à vis• moins chersmoins chers• pas de boucles pour connecter correctementpas de boucles pour connecter correctement• caractéristiques du câble peuvent influencer caractéristiques du câble peuvent influencer

l ’extension du réseaul ’extension du réseau2,9 mm

1.5 mm²

6...10 mm

Prises « vampires »

Réseau (Bus) Réseau (Bus) CAN CAN • Réseau (Bus)Réseau (Bus) CANCAN (Control Area Network) a été développé (1985) par les sociétés Bosch (Control Area Network) a été développé (1985) par les sociétés Bosch

et INTEL ; l ’objectif était de fournir à l ’industrie automobile un bus peu coûteux mais et INTEL ; l ’objectif était de fournir à l ’industrie automobile un bus peu coûteux mais performant qui peut être embarqué dans une voiture (automobile)performant qui peut être embarqué dans une voiture (automobile)

• CANCAN est reconnu comme un bus de terrain par les standards internationaux ISO 11519 et est reconnu comme un bus de terrain par les standards internationaux ISO 11519 et ISO 11898 (applications haut débit)ISO 11898 (applications haut débit)

• CANCAN est un bus de communication série qui respecte le modèle ISO/OSI au niveau de est un bus de communication série qui respecte le modèle ISO/OSI au niveau de couches 1,2 ; la spécification de la couche 7 (Application) est laissée à l ’utilisateur ; couches 1,2 ; la spécification de la couche 7 (Application) est laissée à l ’utilisateur ;

• Contrôleurs Contrôleurs CANCAN sont des circuits de bon marché(!!) et sont aujourd’hui disponibles chez sont des circuits de bon marché(!!) et sont aujourd’hui disponibles chez la plupart des fabricants de composants électroniques (Hitachi, Motorola, Philips, Siemens, la plupart des fabricants de composants électroniques (Hitachi, Motorola, Philips, Siemens, NEC, NS, Toshiba,…)NEC, NS, Toshiba,…)

• Grâce à ces performances et des coûts de composants très bas, Grâce à ces performances et des coûts de composants très bas, CANCAN remplace de plus en remplace de plus en plus les interfaces standards telles que RS-232 et RS-485 plus les interfaces standards telles que RS-232 et RS-485

• Les contrôleurs Les contrôleurs CANCAN sont très souvent utilisés pour des liaisons internes aux systèmes sont très souvent utilisés pour des liaisons internes aux systèmes d’automatismes et sont, de ce fait, souvent dissimulés aux utilisateurs (exemple : modules d’automatismes et sont, de ce fait, souvent dissimulés aux utilisateurs (exemple : modules CP Economy FESTO) CP Economy FESTO)

• CANCAN s ’impose aussi de manière croissante dans le marché des bus de terrain s ’impose aussi de manière croissante dans le marché des bus de terrain « classiques » ; les spécifications propriétaires sont de plus en plus remplacées « classiques » ; les spécifications propriétaires sont de plus en plus remplacées par des protocoles standardisés et ouverts tels que : par des protocoles standardisés et ouverts tels que : CANOpenCANOpen (CiA), (CiA), DeviceNetDeviceNet (Rockwell Automation), (Rockwell Automation), SDSSDS (Honeywell) (Honeywell)

• CANCAN connaît un essor très important (source CiA) : connaît un essor très important (source CiA) :– 11 millions de nœuds en 199611 millions de nœuds en 1996– 170 millions en 2001 170 millions en 2001

Réseau (Bus) Réseau (Bus) CAN CAN • BusBus CANCAN a été développé initialement pour l ’industrie automobile mais sa a été développé initialement pour l ’industrie automobile mais sa

robustesse et l ’efficacité du protocole l ’ont amené à être utilisé dans de robustesse et l ’efficacité du protocole l ’ont amené à être utilisé dans de nombreuse autres applications industrielles, en particulier celles nécessitant les nombreuse autres applications industrielles, en particulier celles nécessitant les débits élevés (1 Mb/s) avec un très faible taux d ’erreurs (automatisme, débits élevés (1 Mb/s) avec un très faible taux d ’erreurs (automatisme, contrôle)contrôle)

Réseau (Bus) Réseau (Bus) CAN CAN (caractéristiques (caractéristiques principales)principales)

• Gestion des couches 1 et 2 du modèle ISO/OSIGestion des couches 1 et 2 du modèle ISO/OSI• Topologie de bus, connexion de type multipoint par « OU câblé » Topologie de bus, connexion de type multipoint par « OU câblé » (connecteur (connecteur

SUB-D 9 points)SUB-D 9 points)

• Transmission synchrone sur paire torsadée, fibre optiques ou liaison Transmission synchrone sur paire torsadée, fibre optiques ou liaison infrarougeinfrarouge

• Débit maximum de 1 Mbit/s pour une longueur de 40 mDébit maximum de 1 Mbit/s pour une longueur de 40 m

• Communication multimaître et méthode d ’accès au support par compétition Communication multimaître et méthode d ’accès au support par compétition – système d ’arbitrage CSMA/CD+AMPsystème d ’arbitrage CSMA/CD+AMP

((CCarrier arrier SSense ense MMultiple ultiple AAccess with ccess with CCollision ollision DDetection and etection and AArbitration on rbitration on MMessage essage PPriority)riority)

– arbitrage sur le champ d ’identificateur de la trame (message)arbitrage sur le champ d ’identificateur de la trame (message)• bit dominant = 0bit dominant = 0• bit récessif = 1bit récessif = 1

– l ’identificateur de la trame donne sa prioritél ’identificateur de la trame donne sa priorité• Valeur d ’identificateur faible = priorité forteValeur d ’identificateur faible = priorité forte• La trame de plus forte priorité est toujours transmiseLa trame de plus forte priorité est toujours transmise

• Détection d ’erreur et retransmission automatiqueDétection d ’erreur et retransmission automatique• Gestion de messages prioritairesGestion de messages prioritaires• Garanties de délai pour des application de type temps réelGaranties de délai pour des application de type temps réel

Réseau (Bus) Réseau (Bus) CAN CAN (couche (couche physique)physique)

Contrôleur CAN

Contrôleur CAN

120 120

CAN_H

CAN_L

CAN_H

CAN_L

5 V

2,5 VRécessif Récessif

Dominant

« 1 » « 1 »« 0 »

t

Ligne de bus

Connexion des stations sur CAN

Un nœud CAN (ISO 11898)

Signaux ISO 11898

1,5 V

3,5 V

Principe du « OU câblé »

Réseau (Bus) Réseau (Bus) CAN CAN (couche liaison: Trames CAN) (couche liaison: Trames CAN)

• La trame La trame DATA FRAMEDATA FRAME est générée par un nœud « Producteur » qui désire de transférer est générée par un nœud « Producteur » qui désire de transférer les données, ou comme une réponse à la requête d ’un autre nœud (Service Remote les données, ou comme une réponse à la requête d ’un autre nœud (Service Remote Request) Request)

• Cette trame peut transporter jusqu ’à 8 octets de donnéesCette trame peut transporter jusqu ’à 8 octets de données• L ’identificateur dans le champ d ’arbitrage définit le type de données envoyéesL ’identificateur dans le champ d ’arbitrage définit le type de données envoyées• CAN Spécification 2.0 B définit deux types de CAN Spécification 2.0 B définit deux types de DATA FRAMEDATA FRAME : :

– Standard DATA FRAMEStandard DATA FRAME : Champ d ’arbitrage à 12 bits; possibilité d ’adresser 2032 nœuds en : Champ d ’arbitrage à 12 bits; possibilité d ’adresser 2032 nœuds en théoriethéorie

– Extended DATA FRAMEExtended DATA FRAME : Champ d ’arbitrage à 32 bits; possibilité d ’adresser 536870912 nœuds : Champ d ’arbitrage à 32 bits; possibilité d ’adresser 536870912 nœuds en théorie en théorie

• La trame La trame REMOTE FRAMEREMOTE FRAME est générée par un nœud consommateur, demandeur de est générée par un nœud consommateur, demandeur de données (Service Remote Request) données (Service Remote Request)

• L ’identificateur dans le champ d ’arbitrage définit le type de données demandéesL ’identificateur dans le champ d ’arbitrage définit le type de données demandées• Le nœud producteur de ce type de données envoie en réponse une trame Le nœud producteur de ce type de données envoie en réponse une trame DATA FRAMEDATA FRAME

avec données et le même Identificateur dans le champs d ’arbitrage avec données et le même Identificateur dans le champs d ’arbitrage

CANCAN Data Frame Data Frame

CANCAN Remote Frame Remote Frame

Réseau (Bus) Réseau (Bus) CAN CAN (couche liaison: Structure de trames CAN) (couche liaison: Structure de trames CAN)

• SOF : Start Of Frame : bit pour une synchronisation « hardware » de tous les nœuds, suivie par le SOF : Start Of Frame : bit pour une synchronisation « hardware » de tous les nœuds, suivie par le champ d ’arbitragechamp d ’arbitrage

• RTR : Remote Transmit Request : distinction entre DATA FRAME (RTR=0=dominant) et REMOTE FRAME RTR : Remote Transmit Request : distinction entre DATA FRAME (RTR=0=dominant) et REMOTE FRAME (RTR=1)(RTR=1)

• SRR : Substitute Remote Request : complément du RTR dans Extended FrameSRR : Substitute Remote Request : complément du RTR dans Extended Frame• IDE : Identifier Extension : bit dominant pour Standard Frame et récessif pour Extended Frame, la IDE : Identifier Extension : bit dominant pour Standard Frame et récessif pour Extended Frame, la

trame standard est trame standard est toujours prioritaire en cas de collision avec une Extended Frametoujours prioritaire en cas de collision avec une Extended Frame• r0,r1 : bits dominants, réservésr0,r1 : bits dominants, réservés• DLC : taille des données en octets (4 bits) : 0 à 8 octetsDLC : taille des données en octets (4 bits) : 0 à 8 octets• CRC : Cyclic Redundancy Check : code de contrôle CRC-15 complété par un bit récessifCRC : Cyclic Redundancy Check : code de contrôle CRC-15 complété par un bit récessif• ACK : ACKnowledge : acquittement de la trame (2 bits dont 1 récessif)ACK : ACKnowledge : acquittement de la trame (2 bits dont 1 récessif)• EOF : End Of Frame : 7 bits récessifsEOF : End Of Frame : 7 bits récessifs• INT : InterMission : 3 bits récessifs , pause inter-tramesINT : InterMission : 3 bits récessifs , pause inter-trames

Abandon Nœud 1

Abandon Nœud 2

Réseau (Bus) Réseau (Bus) CAN CAN (couche liaison: (couche liaison: accès au bus, arbitrage accès au bus, arbitrage

CSMA/CD+AMPCSMA/CD+AMP))

ETHERNET comme Bus de Terrain ETHERNET comme Bus de Terrain

ETHERNET comme Bus de Terrain ETHERNET comme Bus de Terrain • Les utilisateurs ont toujours besoin de plus de performance pour faire transiter plus de Les utilisateurs ont toujours besoin de plus de performance pour faire transiter plus de

données dans un temps toujours plus court; données dans un temps toujours plus court; • De plus, ils ont besoin d ’accéder aux équipements de terrain depuis des outils banalisés De plus, ils ont besoin d ’accéder aux équipements de terrain depuis des outils banalisés • Ils ont aussi besoin d ’interconnecter plus d ’équipement, toujours plus distants les uns des Ils ont aussi besoin d ’interconnecter plus d ’équipement, toujours plus distants les uns des

autres autres

• Aujourd’hui, les technologies informatiques « grand public » sont devenues presque aussi Aujourd’hui, les technologies informatiques « grand public » sont devenues presque aussi fiables que les réseaux locaux industriels. fiables que les réseaux locaux industriels.

• D ’où, une grande tentation d ’utiliser D ’où, une grande tentation d ’utiliser ETHERNETETHERNET (une technologie banalisée, performante, (une technologie banalisée, performante, fiable et peu onéreuse) comme un réseau de communication industriellefiable et peu onéreuse) comme un réseau de communication industrielle

• ETHERNETETHERNET avait déjà ses débuts dans la communication industrielle (réseaux FACTOR, avait déjà ses débuts dans la communication industrielle (réseaux FACTOR, SINEC H1, LAC, ARLIC), mais c ’est aussi un réseau qui a bien changé :SINEC H1, LAC, ARLIC), mais c ’est aussi un réseau qui a bien changé :

– hauts débits (100 Mbits/s, 1 Gbits/s,..) aux coût bashauts débits (100 Mbits/s, 1 Gbits/s,..) aux coût bas– TCP/IP : protocoles banalisés, ouverts et omniprésents qui permettent de connecter immédiatement TCP/IP : protocoles banalisés, ouverts et omniprésents qui permettent de connecter immédiatement

tout et partouttout et partout– couche physique améliorée, structures en étoile très fiablescouche physique améliorée, structures en étoile très fiables– spécifications publiques,spécifications publiques,– outils nombreux et compatibilité directe avec les solutions informatiques de gestion,outils nombreux et compatibilité directe avec les solutions informatiques de gestion,– commutateurs et l ’autre équipement qui augmente les performances du réseau, …commutateurs et l ’autre équipement qui augmente les performances du réseau, …

• Finalement,Finalement, ETHERNETETHERNET commence être incontournable commence être incontournable pour réaliser des applications pour réaliser des applications d ’automatisation réparties là, où les flux de données ne cessent de croîtred ’automatisation réparties là, où les flux de données ne cessent de croître

ETHERNET comme Bus de Terrain ETHERNET comme Bus de Terrain • ETHERNET est différent par rapport aux Bus de Terrain « classiques »ETHERNET est différent par rapport aux Bus de Terrain « classiques »• La plupart de Bus de Terrain (Profibus, Devicenet, CAN, AS-I) ont une structure en bus La plupart de Bus de Terrain (Profibus, Devicenet, CAN, AS-I) ont une structure en bus

basée sur un câble continues qui nécessite une résistance de terminaison ou un faible basée sur un câble continues qui nécessite une résistance de terminaison ou un faible débit (AS-I)débit (AS-I)

• InterBus utilise une structure en anneau ; si l ’anneau est coupé, le réseau ne fonctionne InterBus utilise une structure en anneau ; si l ’anneau est coupé, le réseau ne fonctionne paspas

• La mise en route demande toujours les tests de continuité du câblageLa mise en route demande toujours les tests de continuité du câblage

• ETHERNET utilise une topologie en étoile qui facilite la détection des erreurs du câblage car ETHERNET utilise une topologie en étoile qui facilite la détection des erreurs du câblage car la fonction de vérification de connexion est intégrée dans les hubs (LINK-LED)la fonction de vérification de connexion est intégrée dans les hubs (LINK-LED)

ETHERNET : dimension du réseau ETHERNET : dimension du réseau

100m

100m

100m

ETHERNET et temps réel ETHERNET et temps réel

• Ethernet temps Réel en automation nécessite toujours l’utilisation de réseaux séparés :

– câblage séparé

– utilisation des switches et des routers

• Temps réel avec Ethernet est possible par:

– utilisation du principe Master/Slave

– utilisation du « token passing »(jeton)

– limitation du trafic sur réseau < 50%

ETHERNET comme Bus de Terrain ETHERNET comme Bus de Terrain (contre)(contre)• Poins faibles :Poins faibles :

– Câblage est souvent très complexe et onéreux (hub, commutateurs (switches),….)Câblage est souvent très complexe et onéreux (hub, commutateurs (switches),….)– Connectique non adaptée au milieu industriel ( RJ45 vs M12, étanchéité ?, sécurité Connectique non adaptée au milieu industriel ( RJ45 vs M12, étanchéité ?, sécurité

intrinsèque ? )intrinsèque ? )– Sécurité d ’accès au réseau non assuréSécurité d ’accès au réseau non assuré– Contraintes temporelles non garanties (même avec des commutateurs)Contraintes temporelles non garanties (même avec des commutateurs)– Nécessité d ’implémenter un algorithme de synchronisation pour l ’horodatage de Nécessité d ’implémenter un algorithme de synchronisation pour l ’horodatage de

donnéesdonnées– Faible efficacité : il faut 1000 bits pour envoyer un mot de 16 bits (200 CAN, 451 Faible efficacité : il faut 1000 bits pour envoyer un mot de 16 bits (200 CAN, 451

ProfiBus)ProfiBus)– Absence de télé-alimentation intégrée Absence de télé-alimentation intégrée

• De plus :Protocoles TCP/IP ne sont pas adaptés aux contraintes industrielles :De plus :Protocoles TCP/IP ne sont pas adaptés aux contraintes industrielles :– Pile de protocoles volumineuse et traitement associés complexesPile de protocoles volumineuse et traitement associés complexes– quel adressage : IPv4 ou IPv6 ?quel adressage : IPv4 ou IPv6 ?– Pas de prise en compte du tempsPas de prise en compte du temps– Pour aujourd ’hui, pas de couche Application disponible aujourd ’hui Pour aujourd ’hui, pas de couche Application disponible aujourd ’hui

• ETHERNET est une technologie utilisable dans le milieu industriel, sous certaines ETHERNET est une technologie utilisable dans le milieu industriel, sous certaines conditionsconditions

• ETHERNET peut être utilisé pour de transfert de données dans des applications ETHERNET peut être utilisé pour de transfert de données dans des applications non contraintes par le tempsnon contraintes par le temps

• Association d ’ETHERNET avec Internet est possible, mais ne permet pas d ’obtenir Association d ’ETHERNET avec Internet est possible, mais ne permet pas d ’obtenir les qualités demandées aux réseaux de terrainles qualités demandées aux réseaux de terrain

ETHERNET INDUSTRIEL : alternative à un Bus de ETHERNET INDUSTRIEL : alternative à un Bus de Terrain Terrain

• Plusieurs alternatives existent et s’affrontent dans le domaine Plusieurs alternatives existent et s’affrontent dans le domaine d’Ethernet Industriel :d’Ethernet Industriel :– Initiative Initiative EtherNET/IPEtherNET/IP de Rockwell de Rockwell– Projet Projet PROFINETPROFINET de Siemens de Siemens– Spécification Spécification HSEHSE (High Speed Ethernet) de Fieldbus Foundation (High Speed Ethernet) de Fieldbus Foundation– Initiative Initiative IDAIDA de Schneider Electric et Phoenix Contact de Schneider Electric et Phoenix Contact– MODBUS TCPMODBUS TCP

• Deux grandes catégories de solutions techniques :Deux grandes catégories de solutions techniques :– Solutions qui encapsulent les données dans une trame ETHERNET Solutions qui encapsulent les données dans une trame ETHERNET

ou dans un paquet TCP/IPou dans un paquet TCP/IP– Solutions qui utilisent des passerelles ou serveurs « proxy »Solutions qui utilisent des passerelles ou serveurs « proxy »

TERRAIN : un endroit, lespace ou quelque chose de limité géographiquement (atelier, usine,...

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Transcript of TERRAIN : un endroit, lespace ou quelque chose de limité géographiquement (atelier, usine,...