2ème Colloque Nationalde la Performance Industrielle
LA MAINTENANCE A DISTANCE & E-MAINTENANCE
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RESEAUX INDUSTRIELS ET TELEMAINTENANCE
Jean-Philippe LAMBERT – CIMI
CIMI – Colloque « La maintenance à distance & E-maintenance » - 28 novembre 2013
Simplifier le câblage des capteurs, (pré)actionneurs, équipements de sécuritéMesurer, commander, paramétrer et diagnostiquer de façon précise et à distance
Contreparties :Outils de paramétrages et de diagnostic complexes et variésVeiller à la qualité des raccordements, règles de topologiesInteropérabilité : de multiples solutions chez de multiples constructeurs...Gestion des versions logicielles / firmwares
BUS DE TERRAIN INDUSTRIELS : FINALITES
CIMI – Colloque « La maintenance à distance & E-maintenance » - 28 novembre 2013
Câblage : 1.5² multibrin, pas de blindageScrutation des E/S TOR < 10 ms garantiAlimentation des esclaves via le bus, alimentation auxiliaire pour pré-actionneursApplication typique : convoyageMulticonstructeur : automates, capteurs, départs moteurs, variateurs, distributeurs, vérins, boutons, voyants, dispositifs de sécurité...Large offre IP67Raccordements et configuration simples
AS-i : spécificités
CIMI – Colloque « La maintenance à distance & E-maintenance » - 28 novembre 2013
Pas de routage ; données accessibles via l’automate ou passerelleScrutation performante pour les E/S TOR uniquement62 esclaves maxi, 100m sans répéteur4 E / 4 S TOR maxi par esclaveAlimentation spécifique (ou module de découplage pour alim 24V classique)Veiller à la qualité des équipements (étanchéité) dans certains milieux (huile...)
AS-i : contraintes
CIMI – Colloque « La maintenance à distance & E-maintenance » - 28 novembre 2013
Connexion au bus/réseau de l’automate gestionnaire : Profibus, ProfiNet, Modbus TCP...Large choix de constructeursPeuvent intégrer 1 ou 2 maîtres ASi, l’alimentation ASi, un moniteur de sécurité, un automateFonctionnalités réseau fréquentes : serveur Web, envoi d’e-mail
Bihl-WiedemannIFM
Siemens
AS-i : Passerelles
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Très complet : E/S déportées, variation de vitesse et positionnement, IHM, multi-maître, consolesLa plupart des constructeurs le proposent en optionAutomates : intégré chez Siemens essentiellementSelon le débit, de 100m à 1200m sans répéteurOffres variées, surtout IP20.125 esclaves maxi
WAGO, Beckhoff
Siemens
SEW
Maître
Segment Segment
SegmentMaxi 32 stations par segment
Répéteur
Profibus-DP: spécificités
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Pas de routage (sauf via matériel Siemens) ; données accessibles via l’automate ou passerelle Programmation et diagnostic d’esclaves tiers parfois délicate (pas de standard d’organisation des données de process et de diagnostic, échanges parfois non implicites, versions de fichiers GSD, maître non Siemens)Temps de scrutation difficile à évaluer et à contrôler (voir utilitaire sur site Siemens)
Profibus-DP : contraintes
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CANOpen : spécificités
Applications types: modules d’E/S déportées, variation de vitesse, positionnementDonnées process et de diagnostic standardisés par profil d’équipementGestion des échanges performante : modèle producteur/consommateurLa plupart des constructeurs le proposent en optionAutomates : intégré sur logiciel Schneider UnitySelon le débit, 25m à 1000m (pas d’extension par répéteur)127 « esclaves » maxi
Schneider, B&R
JVL
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CANOpen : contraintes
Pas de routage ; données accessibles via l’automate ou passerelle
Pas d’extension par répéteur Mise en oeuvre délicate sur Schneider PL7-Pro,
facilitée avec Unity Non déterministe (mais échanges optimisés) Offre constructeurs plus limitée
CIMI – Colloque « La maintenance à distance & E-maintenance » - 28 novembre 2013
Ethernet Industriel : pourquoi
Standards Ethernet éprouvés et toujours plus performants pour un coût limité : RJ45, fibre, sans fil, 100Mbits/s Full Duplex
Topologie de type « bus » souvent proposée (daisy chain) : les équipements intègrent un switch à 2 ports. 100 mètres maxi entre équipements
Intelligence embarquée => Ethernet rend possible l’intégration de services (Web, e-mail...) TCP/IP pour la configuration, le diagnostic, les alertes sur chaque équipement
Lien simplifié vers IHM, MES, ERP...
Echanges entre équipements hétérogènes facilités (cependant les protocoles restent spécifiques aux constructeurs)
Solution PoE : transmission de l’alimentation via le câble.
Interconnexion aisée aux réseaux WiFi
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Ethernet Industriel : contraintes
Interopérabilité : les supports physiques sont standards (ou compatibles), ainsi que les services TCP/IP usuels. Cependant, les protocoles diffèrent d’un constructeur à l’autre.
Ethernet est intrinsèquement non déterministe. Pour les applications nécessitant du « temps réel » (ex : positionnement), différentes stratégies sont adoptées par les constructeurs, basées sur une électronique et/ou des mécanismes d’échanges spécifiques.
Utilisation de connectique durcie, cordons blindés et switches industriels recommandée.
Anneau optique : meilleure disponibilité du réseau, mais nécessite souvent des switches de même marque.
Phoenix contactRJ45, SC (fibre), M12IP67, autodénudants
Switch administrable LantechFilaire et optique M12, gestion d’anneau
Switch administrable Ethernet DirectFilaire RJ45 et optique SC, gestion d’anneau
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ProfiNet IO : successeur de Profibus DP
Couche physique Ethernet spécifique pour ProfiNet IRT (mais compatible avec Ethernet standard)Développé par Siemens2 variantes : ProfiNet RT (E/S), ProfiNet IRT (positionnement)Solutions sans fil, passerelles Profibus/ProfiNet
ET200SSinamics G120CPU IM151-8SEW Movidrive B
Festo CPX
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EtherNet/IP (« IP » = « Industrial Protocol »)
Couche physique = Ethernet standard.Initialement Rockwell. Schneider, nouvelle offre Omron « Sysmac »Basé sur le protocole CIP (comme DeviceNet, ControlNet, Compobus). Modèle producteur/consommateur.Scrutation d’E/S, positionnement, IHM
E/S Advantech
Ilôts pneumatiquesNumatics,
Festo
Rockwell FlexIO,Schneider ETB
SchneiderLexium32 (servo), ATV32
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Ethernet Powerlink
Couche physique Ethernet standardDéveloppé B&R Automation. Hilscher, Schneider, Staübli, CognexPhilosophie CANOpen, avec un équipement « Manager »Scrutation d’E/S, positionnementFonctionne sur Ethernet Half-Duplex (hubs conseillés !)
Variateur(asynchrone)
Servo -variateurSynchrone mono, multiaxe
Modules d’E/S IP20, IP67
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EtherCAT
Couche physique Ethernet spécifique, compatible avec Ethernet standard dans une certaine mesure.Initié par Beckhoff. Lenze, nouvelle offre Omron, ABB, Festo, Hilscher, KEB, SEW, Schneider proposent des options.Protocole basé sur CANOpenTopologie de base : linéaire, chaque esclave re-émet vers le suivant. Le retour des données vers le maître s’effectue par « rebond » sur le dernier esclave.Adressage topologique (automatique)
E/S ABB
Servo var. BeckhoffCPU Beckhoff E/S Beckhoff IP67
Servomoteurs 130W
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Modbus TCP : le protocole ouvert
Couche physique = Ethernet standard.Protocole réellement ouvert, gratuit, simple à intégrerLimitation : échange de données (autres services possibles mais non standardisés)Proposé en natif ou option par la plupart des constructeurs et éditeurs de logicielsApplications : GTB, IHM, automatismes « non temps réel »Souvent utilisé entre équipements de marques différentes (automates, robots, logiciels...)
ICP DASSchneider Leroy
Wago
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Communication inter-automates
Exemple 1 : Siemens Schneider, sans passerelleModbus RTU : équiper chaque automate d’un module liaison série RS485Modbus TCP : client/serveur intégré sur coupleur Ethernet Schneider. Sur API Siemens S7, variable selon les versions de matériels.
EthernetModbus TCP
RS485Modbus RTU
Serveur
Esclave
Client
Maître
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Communication inter-automates
Exemple 2 : Siemens Schneider, avec passerelle
Profibus, MPI,Industrial Ethernet
Unitelway, Modbus,Modbus TCP sur Ethernet
Donnéespartagées
HMS Anybus B&B VLinx Hilscher NetTap
Passerelle
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OPC : Finalités
Au niveau informatique, accéder aux données process (typiquement issues des automates) en s’affranchissant des spécificités des différents bus et réseaux de terrainStandardiser des échanges de données entre logiciels, localement ou par réseauBasé sur TCP/IP : accès aux machines distantes
CIMI – Colloque « La maintenance à distance & E-maintenance » - 28 novembre 2013
Serveurs OPC « constructeurs »
Ethernet
Mod
bus
TCP
ISO
807
3 on
TC
P
Eth
erN
etIP
Schneider Siemens Rockwell Eurotherm
RS232, RS485
Mod
bus
Avantage : accès simplifié aux données process par leur nom : gain de temps de développement
Inconvénient : si parc hétérogène => licences multiples
Clients OPC : supervision, MES...
Serveur Serveur Serveur Serveur
Communication OPC
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Serveurs OPC « universels »
Ethernet
Mod
bus
TCP
ISO
807
3 on
TC
P
Eth
erN
etIP
Schneider Siemens Rockwell Eurotherm
RS232, RS485
Mod
bus
Avantage : une seule licence
Inconvénient : import des noms des variables « manuel »
Clients OPC : supervision, MES...
Serveur OPC
Communication OPC
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internetinternet
Accès à distance par internet
Connexion aux systèmes de contrôle-commande (automates, supervision...)
ConduiteDiagnostic, mises à jour de programmesRecueil de données pour préventif, prévisionnel...VPN : réseau privé virtuel. La connexion via internet (cryptée) est rendue transparente pour l’utilisateur
Liaisons sécurisées
Logiciel de conduite, diagnostic...
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Accès à distance : exemple 1
Un VPN est créé pour chaque connexion machineLe modem doit posséder une connexion Ethernet ou bus de terrainLe réseau de l’entreprise peut servir de support aux liaisons.Solutions sans fil : GPRS, UMTS (« 3G »)Adapté aux liaisons permanentes ou temporairesExemple de fournisseur :
Bus de terrain, Ethernet indus.
Réseau inter entrepriseEthernet, WiFi
serveur
Liaisons sécurisées
Liaisons sécurisées
Logiciel de conduite, diagnostic...
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Accès à distance : exemple 2
Adapté aux interventions ponctuelles.Nécessite un intervenant local ; le logiciel de diagnostic/programmation est installé sur le poste local, et pris en main à distance par le télé-prestataireLe PC de l’entreprise doit posséder une connexion Ethernet ou bus de terrainLe réseau de l’entreprise sert de support à la liaison sécuriséeExemple de fournisseur : (gratuit pour les particuliers)
Bus propriétaire ou Ethernet
RéseauEntreprise
Serveur fournisseur
Liaison sécurisée
Liaison sécurisée
Logiciel de diagnostic/programmation
Connexion via le site du fournisseur
Prise en main à distance du PC de l’entreprise,
téléchargement de données, mises à jour logiciels...
CIMI – Colloque « La maintenance à distance & E-maintenance » - 28 novembre 2013
Conclusion
La généralisation d’Ethernet TCP/IP sur les équipements industriels ouvre la voie au diagnostic à distanceRecueil de données terrain : pour pallier à la diversité des protocoles, des solutions existent : passerelles matérielles ou logicielles (OPC), ou utiliser MODBUS TCP.La démocratisation des solutions VPN rend les équipements accessibles aux logiciels de diagnostic et programmation.
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