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CHAP_3_SYST_EMB_COMM_3LT

Systemes embarques communicants

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  1. Chapitre 3 Réseaux Industriels Communicants et Protocoles​ Cours: Systèmes Embarqués Communicants 3LT, Sep. – Déc.. 2021 ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  2. 3.1. Introduction Traditionnellement le câblage des équipements électriques est assuré par des liaisons fils à fils. La plupart de ces liaisons sont réalisées par des câbles unitaires souples de section comprises entre 1.5 et 2.5mm2. Ces câbles sont des supports de transmission des signaux, que ce soit pour les signaux en tout ou rien ou les signaux analogiques nécessaires aux asservissements, ces derniers exigeants parfois des câblages blindés pour éviter les perturbations électromagnétiques. L’arrivée des technologies numériques dans l’industrie a eu un impact considérable sur la conception et la réalisation des équipements électriques. Elle s’est faite sous l’influence des standards issus de l’informatique et de l’automobile. L’échange d’informations numériques a imposé des liaisons par réseaux de communication entraînant l’usage de connecteurs et de connections préfabriquées. Le travail de réalisation d’un équipement électrique devient alors beaucoup plus simple, les erreurs de câblage sont réduites et la maintenance simplifiée. Les technologies de liaisons conventionnelles étant bien connues, nous consacrerons ce chapitre aux réseaux de communications utilisés dans l’industrie. Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  3. Coupleur de communication Coupleur de communication Informations Emission Emission Médium Informations Réception Réception Emetteur / Récepteur 3.2. Notions de base 3.2.1. Les éléments mis en œuvre lors d ’une communication Emetteur / Récepteur Les informations sont des éléments physiques (lumière, son, image, tension électrique etc…) auxquels un sens a été attribué. Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  4. Les informations peuvent être transmises sous forme analogique : évolution continue de la valeur Ou sous forme numérique : évolution discontinue de la valeur (échantillonnage) 1 0 3.2. Notions de base 3.2.2. Les techniques de transmission Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  5. 3.2. Notions de base 3.2.3. Les types de transmission Transmission simplex : mono-directionnel Transmission half duplex : bi-directionnel alterné Transmission full duplex : bi-directionnel simultané Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  6. 3.2. Notions de base 3.2.3. Les 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. Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  7. 3.2. Notions de base 3.2.3. Les types de transmission • 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. Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  8. Niveau 3 Entreprise Système d ’information 1 1 Mbits minute 1 kbits Niveau 2 Atelier Gestion de production Supervision 1 s NOMBRE D'INFORMATIONS VITESSE DE A TRANSMETTRE Niveau 1 Machines Le contrôle commande REACTION NECESSAIRE Niveau 0 Capteurs Actionneurs Les constituants 1 bit 1 ms • 3.3. Les besoins en communication industrielle Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  9. 3.4. Besoins et positionnement des principaux réseaux Selon la nécessité des technologies et des standards industriels, les architectures industrielles sont structurées en quatre niveaux distincts reliés entre eux par des réseaux comme indiqué ci-dessous. Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  10. 3.4. Besoins et positionnement des principaux réseaux • Réseaux industriels choisis par Schneider Electric Gestion Usine CANopen Machine Composantes Dispositifs intelligents Sensors Composantes/Détecteurs Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  11. 3.5. Positionnement des principaux bus dans les réseaux Réseaux informatiques (Data Bus) Réseaux locaux industriels Pilotage de processus (Field Bus) Ethernet TCP/IP FTP - HTTP CANopen Bus de terrain FIPWAY Ethernet TCP/IP Modbus FIPIO ( Device Bus) Modbus Plus Profibus-DP Bus capteurs DeviceNet Interbus actionneurs ( Sensor Bus) Pilotage de machine Modbus AS-i Simples Evolués Temps de réponse Volume d’échange Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  12. 3.6. Stratégie réseau de la branche Industrie de Schneider • Core Networks : Ethernet TCP / IP & Modbus Aux niveaux 2 et 3 : système d ’information et contrôle (inter-automates) à étendre au niveau bus de terrain (niveau 1) CANopen Comme bus interne d ’équipements et de panneaux (ex : Automation Island) .ASi Pour la connexion des capteurs actionneurs (niveau 0) Modbus RS 485 Quand Ethernet ne convient pas (prix, topologie ...) Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  13. 3.7. Quelques standards de 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. Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  14. 3.8. CANopen 3.8.1. Historique • 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 : https://www.can-cia.org pour promouvoir les applications industrielles Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  15. 3.8. CANopen 3.8.1. Historique • 1993 : Publication par leCiA des spécifications CAL = CAN Application Layer qui décrit des mécanismes de transmission sans préciser quand et comment les utiliser. • 1995 : Publication par leCiA 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). Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  16. 3.8. CANopen • 3.8.2. Extrait du fichier EDS CANopen TEGO Power Quickfit [MandatoryObjects] SupportedObjects=2 1=0x1000 2=0x1001 [1000] ParameterName=Device Type ObjectType=0x7 DataType=0x0007 AccessType=ro DefaultValue=0x30191 PDOMapping=0 [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 Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  17. 3.8. CANopen 3.8.3. Points forts - points faibles Points faibles • Longueur du bus à 1 Mbit/s = 25 m • Niveau d ’intégration dans PL7 • Offre Schneider actuelle • Non déterministe Points forts • Coût du point de connexion • Grand choix de drivers • Niveau d’integration dans Unity • Robustesse dans environnement perturbés • Protocole ouvert Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  18. 3.8. CANopen 3.8.4. Exemple: Bus CAN automobile Bus CAN Bus CAN Bus CAN CONNECTEUR CAN/OBD ECU: Electronic Control Unit (ECU) HVAC: Heating, Ventilation, and Air Conditioning BCM: Body Controller Module Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  19. 3.9. Ethernet TCP/IP Modbus Topologie : Libre Bus, 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/s 1 Gbits/s utilisé en bureautique Nbre max équipements : Fonction du médium Minimum : 30 par segment sur 10 base 2 Maximum : 1024 sur 10 base T ou 10 base F Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

  20. FIN DU CHAPITRE 3 20 Chapitre 3: Réseaux Industriels Communicants et Protocoles ISITCOM, A. Aziz Hamdi

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