direction france 1 introduction aux réseaux de communication industriels chapitre 2 :les besoins et...
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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
Introduction aux réseauxde communication industriels
Direction France 3
Chapitre 15 : Modbus
Chapitre 16 : Tableau comparatif des principaux réseaux
Chapitre 17 : La fonction communication traitée par PL7
Introduction aux réseauxde communication industriels
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
Coupleur de communication
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
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
Stratégie réseau de la branche Industrie de Schneider
Stratégie réseau de la branche Industrie de Schneider
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
Se situe au niveau de l’accès au médium
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
Se situe au niveau de l’accès au médium
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
La couche application
Les profils
Points forts - points faibles
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.
HistoriqueHistorique
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).
HistoriqueHistorique
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
La couche physiqueLa couche physique
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 - points faiblesPoints forts - points faibles
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
La couche application
Les profils
Points forts - points faibles
Direction France 64
HistoriqueHistorique
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
La couche physiqueLa couche physique
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
Exemple d’architectureExemple d’architecture
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 - points faiblesPoints forts - points faibles
Points forts
Ouverture vers clients standards
Offre Schneider
Niveau d’intégration dans PL7
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
La couche application
Les profils
Points forts - points faibles
Direction France 80
HistoriqueHistorique
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
Exemple d’architectureExemple d’architecture
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 - points faiblesPoints forts - points faibles
Points forts
Faible coût d’implémentation
Offre Schneider
Niveau d’intégration dans PL7
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
Paire torsadée blindée
Fibre optique
Paire torsadée blindée
Fibre optique
Double paires torsadées blindées
Paire torsadée blindée
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
ASi CANopen DeviceNetEthernetTCP/IP
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
ASi CANopen DeviceNetEthernetTCP/IP
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
Coupleur de communication
Temps de cycle
automate
Echangescycliques
automatiques
Equipement 1
Equipement 2
Equipement n
Bus
Temps de cycle
réseau
Echangescycliques
automatiques
Direction France 101
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
Direction France 102
Fonctions de communicationFonctions de communication
Equipement 1
Equipement 2
Equipement n
Processeur automate
Coupleur de communication
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.