2011/2012 communication industrielle le besoin de communiquer

2011/2012

Communication Industrielle

Le besoin de communiquer

PRINCIPE Analogie avec la communication humaine :La communication humaine met en oeuvre une chaîne d'organes permettant d'envoyer des messages à un interlocuteur.

TRANSMISSION D'UN MESSAGE

CERV EAU

C O R D E SV O C A L E S

+B O U C H E

OREIL L ES CERV EAU

E M E T E U R R E C E P T E U Rondes sonores

c orde svoc a le s

ne r f( t ra ns m is s ion

é le c tr ique )

or e ille + tym pa n

M o d u la tio n d 'a m p litu d ee t d e fré q u e n c ec e r v e a u

o n d es so n o res

c e r v e a u

c orde svoc a le s

ne r f( t ra ns m is s ion

é le c tr ique )ne r f

( t r a ns m is s ioné le c t r ique )

M o d u la tio n d 'a m p litu d ee t d e fré q u e n c e c e r v e a uc e r v e a u

n e r f ne r f

Tout comme la communication humaine, la communication entre systèmes s'effectue à travers une chaîne d'éléments .

TRANSMISSION D'UN MESSAGE

O R G A N E D E

T R A I T E M E N TD E S

D O N N E E S

interface decommunicat ion( coupleur ou modem )

EM ETEUR RECEPTEURs ignaux éle ctr ique sopt ique s e tc..

LIGNE DE TRANSMISSIONPAR FIL C UIVREFIBRE OPTIQUE

ETC ...

O R G A N E D E

TR A I TE M E N TD E S

D O N N E E S

interface decommunicat ion( coupleur ou modem )

Bus : il s'agit d'une série de fils électriques par lesquels sont véhiculées, sous forme numérique (des mots binaires), les

informations à transmettre.

CODAGE DE L'INFORMATION : La transmission de données consiste à coder des informations de façon à pouvoir être véhiculées sur un support adapté.

Dans le cas des transmissions numériques, le codage se fait par des bits (0 ou 1 logique). Chaque niveau logique correspondant à un niveau de tension ou courant.

Les différentes normes spécifient les niveaux du 0 et du 1 logique ( niveau de tension, de courant, de fréquence, de front ). La transmission des bits de données peut être véhiculée de deux façons différentes :

en PARALLELE ou en SERIE .

Transmission parallèle :

Les données en sortie des organes de traitement de I'information sont présentées généralement sous forme de mots de n bits. La transmission parallèle consiste a émettre simultanément ces n bits d'information et nécessite par conséquent une ligne de transmission de n fils appelée bus, associée à des fiIs de contrôle et de commande .

TRANSMISSION D'UN MESSAGE :

O R G A N E D E

D O N N E E S

in t e r f a c e d ec o m m u n ic a t io n

( c o u p le u r o u m o d e m )

E M E T E U R R E C E P T E U R

O R G A N E D E

D O N N E E S

re çu 10011101

in t e r f a c e d ec o m m u n ic a t io n

( c o u p le u r o u m o d e m )

b u sb u s10011101

10011101

m a s s e

10011101

Ce type de liaison est utilisé pour transmettre des données sur de courtes distances (quelques mètres)

Transmission série asynchrone :

En environnement industriel on préfère Utiliser la transmission Série asynchrone plus simple à mettre en oeuvre et moins coûteuse. La ligne ne comporte qu'un fil; les éléments binaires d'informations (bits) d'un mot ou caractère sont alors envoyés successivement les uns après les autre (sérialisation) au rythme d'un signal d'horloge. Le récepteur effectue I'opération inverse: transformation Série/parallèle à partir de son horloge ayant la même fréquence que celle de I'émetteur.

TRANSMISSION D'UN MESSAGE :

b u sb u s

O R G A N E D E

D O N N E E S

O R G A N E D E

D O N N E E S

1 0 01 1 1 0 1b u s

10011101

b u s1 0 0 11 1 0 1

10011101

LE MODE DE TRANSMISSION DES DONNEES :Le mode de transmission permet de définir si la communication se fait entre deux ( liaison point à point ) ou plusieurs interlocuteurs ( >2 : liaison multipoint) et sous quelle forme :

SIMPLEX :Dans ce mode, l'émetteur émet des ordres, le récepteur les exécute uniquement. Le récepteur ne peut pas renvoyer un message .

I l n ' y a q u ' u n s e u l ém e t te u r .L ' au t r e e s t fo r cém e n t u n r éce p te u r .EM ETTEUR

e n v oie la b a l lon !

RECEPTEUR

L 'é me t t e u r t r a n s me t u n o r d r e

HALF DUPLEX :Dans ce mode, émetteur et récepteur peuvent recevoir et envoyer des messages.Cependant, chaque partie ne peut pas émettre et recevoir en même temps.l'être humain communique majoritairement sous cette forme car c'est elle qui permet de comprendre au mieux le message ( couper la parole de quelqu'un, c'est vouloir émettre un message en même temps .La communication devient alors difficile ).

B o njo u r !Q u elle h e u r ee st - il ?

I l e s t 1 6 H 1 5

M E R C I !

B o njo u r !Q u elle h e ur ee st - il ?

I l e s t 1 6 H 1 5

M E R C I !

C h a q u e p ar t i e p e ut ém e t t r e e t r e cev oi r al t e r n at i ve m e nt .EM ET TEUR RECEPT EUR

FULL DUPLEX :Dans ce mode, chaque partie peut émettre et recevoir en même temps .Cette forme de communication permet aux organes de traitement d'émettre en même temps (donc de recevoir en même temps aussi)Cela nécessite dans ce cas, 2 voies de communication .L'être humain ne communique pas sous cette forme (car nous ne pouvons parler et écouter en même temps).

E s t - c e q u e v o u s a v e z l ' h e u r es ' i l v o u s p l a i t ?

J e p e n s e q u ' i l v a f a i r eb e a u a u j o u r d ' h u i

Je pen se qu 'il va fa ir e b eau au jo u r d'h u i

E st- ce qu e vo u s avez l'h eu r e s 'il vo u s pla it ?

EM ETTEUR EM ETTEUR

?Impossible

LIAISON MULTIPOINT :

La liaison MULTIPOINT implique la présence de plusieurs interlocuteurs (au moins 3).Ce type de liaison comporte généralement un central pouvant émettre des messages simultanément à tous les récepteurs. Par contre, chaque récepteur, autre que le central, ne peut émettre simultanément avec d'autres récepteurs. Pour pouvoir émettre, il doit attendre que la ligne de transmission soit libre pour émettre un messageExemple : Un cours dispensé à des élèves, correspond à une liaison multipoint.En effet, le professeur parle à l'ensemble de la classe. Lorsque le professeur pose une question, l'élève lève le doigt (demande de communication). A ce moment là, l'élève peut communiquer avec le central (le professeur).

B la n c ,M a da m eQ u e lle e s t la c o u le u rdu c h e v a l b la n cd'H E N R I 4 ?

LE FORMAT D’ECHANGE DES DONNEES : Qu'est ce que le format d'échange ? Un caractère en ASCII n'est pas transmis seul. Il est associé à des bits de contrôle comme suit : Bit de START : Il indique le début de l'émission d'un caractère. Il est au 0 logique. Bit de parité : Le bit de parité est un moyen simple de vérifier la validité d'un message en indiquant si le nombre de 1 Logiques, sur l'ensemble du message est pair ou impair. S'il apparaît une discordance entre le nombre de 1 Logiques dénombré à la réception et le nombre indiqué par ce bit de parité, c'est qu'il y a erreur de transmission. Cette méthode rudimentaire fonctionne bien si la probabilité d'erreur est inférieure à 1 bit sur 8. Bit de STOP : Le bit de STOP indique la fin d'émission du caractère. Il est au 1 logique . Code ASCII : Américan Standart Code for Information Interchange.Code standard américain pour l'échange d'informations. Ce code permet d'affecter un code binaire à chaque caractère d'une machine à écrire ou clavier d'ordinateur. Le code ASCII étant un standard, il permet de transmettre des caractères avec la majorité des unités de traitement (voir le code ASCII).

C o d e AS C II d u c a ra c tè reà e n v o y e r su r 7 o u 8 b its

bit1 b it2 b it3 b it4 b it5 b it6 b it7 b it8 b it9 b it 1 0

EXEMPLE :Dans l'exemple ci-dessous, on désire transmettre le caractère L avec une parité PAIRE.

P a r i té P A IR : i l fa u t q u e le n o m b r e d e 1 c o m p r is d a n s le c o d e A S C II d u c a r a c tè r e + c e lu i d u b i t d e p a r i té s o i t p a ir

0 0 1 1 0 0 1b 0 b 6b 1 b 2 b 3 b 4 b 5

C o d e ASC I I d u c a r a c t è r e L :

P{C o d e ASC II d u caract ère L

0 10 0 1 0 0 1 11

C h a q u e b i t é ta n t c o n ve r t i e n n i ve a u d e t e n s i o n o u c o u r a n t c e l a d o n n e :

1 1 1 0dé but du m e s s a ge f i n d u m e ssa g e

4 = nom bre pa i r

001 1000

b 0 b6b 1 b 2 b 3 b 4 b 5

Dans l'exemple suivant, on désire transmettre le caractère T avec une parité IMPAIRE.

P a r i té IM P A IR E : i l fa u t q u e le n o m b r e d e 1 c o m p r is d a n s le c o d e A S C I I d u c a r a c tè r e + c e lu i d u b i t d e p a r i té s o it im p a ir e

0 0 1 0 1 0 1b 0 b 6b 1 b 2 b 3 b4 b 5

C o d e ASC I I d u c a r a c t è r e T :

C o d e ASC II d u caract ère T

0 10 0 0 1 0 1 10

C h a q u e b i t é ta n t c o n ve r t i e n n i ve a u d e t e n s i o n o u c o u r a n t c e l a d o n n e :

1 0 1 0dé but du m e s s a ge f i n d u m e ssa g e

011 0000

b 0 b 6b 1 b 2 b 3 b 4 b 5

3 = nombre impaire

LA VITESSE DE TRANSMISSION :

Elle définit la vitesse d'émission d'une information élémentaire. L'information élémentaire dans le cas des machines, c'est le bit. Cette vitesse se mesure en bits par seconde ( BPS ).

3C o m p t e u r

c h r o n o m è tr e O n c o m p te le n o m b re d e b itstra n s m is p a r s e c o n d e

0 0 1 0 1 1 1 0 1 11 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0

Pour pouvoir communiquer correctement, l'émetteur et le récepteur doivent fonctionner à la même vitesse.

Certaines vitesses sont souvent utilisées : 4800 BPS,9600 BPS,19200 BPS, 28800 BPS, etc...

Plus la vitesse de transmission est élevée, et plus un message sera transmis rapidement.

LE LANGAGE DE COMMUNICATION : Deux personnes peuvent utiliser le même type de liaison, le même mode de transmission, la même vitesse de transmission sans toutefois se comprendre.

Cela ne suffit pas !

W ievie l uhrist es ?

A l l e m a n d e F r a n ç a i s

? ?B elle matinéen 'est ce pas ?

A l l e m a n d e F r a n ç a i s

LE SUPPORT PHYSIQUE EST LE MÊME MAIS LA COMMUNICATION NE PEUT PAS S'ETABLIR.

Il faut donc, non seulement un support physique, mais aussi un LANGAGE.Le langage utilisé pour communiquer entre les différents organes de traitement des données s'appelle :

LE PROTOCOLE

Le PROTOCOLE doit comporter non seulement des mots compréhensibles par les interlocuteurs, mais aussi un code d'émission et de réception. Ici la communication s'établit de la façon suivante:

Ici, le protocole c'est la langue

Bon jour !Q ue l le h eurees t - i l ? Il e s t 1 6 H 1 5

MERCI !

Fr ançais e Fr ançais

= accus é d erécep t ion

LA COMMUNICATION PEUT S'ETABLIR CAR LE SUPPORT PHYSIQUE ET LE PROTOCOLE SONT LES MÊMES .

Bonjour ! ( servant à avertir qu'un message va être envoyé )Quelle heure est - il ? (requête pour une demande d'information et attente de réponse ) il est 16 H 15 ( transmission de l'information ) merci ! ( accusé réception du message = message bien reçu ) Dans la majorité des cas, la communication entre organes de traitement se fait pas émission de codes ASCII Le code ASCII associe chaque caractère d'un clavier à un code binaire sur 7 ou 8 bits.Ex : le L s'écrit 0011001

LE CODE A.S.C.I.I :

code ASCII (American Standart Code for Information Interchange)

Dans la majorité des cas, la communication entre organes de traitement se fait pas émission de codes ASCII Le code ASCII associe chaque caractère d'un clavier à un code binaire sur 7 ou 8 bits.

Binaire

Hexadécimal

Décimalb0b1b2b3

0 0 01 1 1

1 1 1 1

1 11 1

0 16 32 48 64 80 96 1120 1 2 3 4 5 6 7

0123456789

101112131415

0123456789ABCDEF

TC1(SOH)

TC2(STX)

TC3(ETX)

TC4(EOT)

TC5(ENO)

TC6(ACX)

FE0(BS)

FE1(HT)

FE2(LF)

FE3(VT)

FE4(FF)

FE5(CR)

TC7(DEL)

TC8(NAK)

TC9(SYN)

TC 10(ETB)

IS4(FS)

IS3(GS)

IS2(RS)

IS1(US)

++++++++++++++++

Comment lire le tableau ?code ASCII du caractère B :

------------ en binaire ------------

prendre la suite de bits de b0 à b6 (attention au sens de lecture).

Binaire

Hexadécimal

Décimalb0b1b2b3

0 0 01 1 1

1 1 1 1

1 11 1

0 16 32 48 64 80 96 1120 1 2 3 4 5 6 7

TC1(S OH )

TC2(S TX )

TC7(D E L)

b 6 b 5 b 4 b 3 b 2 b 1 b 0b6 est le bitde poids fortb0 est le bitde poids faible0100001

------------ en héxadécimal ------------

prendre le chiffre représentatif de la colonne puis celui de la rangée (qui peut être une lettre).

Binaire

Hexadécimal

Décimalb0b1b2b3

0 0 01 1 1

1 1 1 1

1 11 1

0 16 32 48 64 80 96 1120 1 2 3 4 5 6 7

TC1(S OH )

TC2(S TX )

TC7(D E L)

B : (A S C II) (16 )

42colonne rangée

------------ en héxadécimal ------------

prendre le chiffre représentatif de la colonne puis celui de la rangée (qui peut être une lettre).

Binaire

Hexadécimal

Décimalb0b1b2b3

0 0 01 1 1

1 1 1 1

1 11 1

0 16 32 48 64 80 96 1120 1 2 3 4 5 6 7

TC1(S OH )

TC2(S TX )

TC7(D E L)

B : (A S C II) (16 )

42colonne rangée

QUELQUES STANDARDS UTILISES POUR TRANSMETTRE DES DONNEES :

RS 232 C ou V24

Elle comporte 2 lignes de transmission des données: une pour chaque sens, ainsi qu'un ensemble de lignes de contrôle et de commandes nécessaires à I'établissement d'un canal de communication. Toutes ces lignes sont référencées par rapport à un fil commun (terre de signalisation ou retour commun). La liaison RS 232 C est définie pour une longueur maximum de 15 mètres et un débit au plus égal a 20 Kbps. Pour les lignes de données:

- tension > 0 (entre +5 et 15V ) = bit a 0 logique- tension < 0 (entre -5 et -15V ) = bit a 1 logique

UTILISATION : liaisons courtes avec faibles débitsex : liaison souris - ordinateur ; liaison ordinateur - traceur

0 L O G I Q U E

1 L O G I Q U E

+ 1 5 V

- 1 5 V

+ 5 V- 5 V

0 1 10 0

RS 422A, RS 485

Ce standard diffère fondamentalement de la liaison RS 232 C car il définit un mode de transmission différentiel. Chaque signal de données est véhiculé sur 2 fils et n'est pas référence par rapport à une masse, mais présenté comme un signal différentiel aux sorties du transmetteur et aux entrées du récepteur. Le standard RS 485 est une extension du standard RS 422 A plus connu permettant des liaisons multipoint aussi bien que point a point.Tension de sortie circuit ouvert: 6 volts > Vo > - 6 voltsLa norme RS 485 est une extension du standard RS 422 qui consiste à boucler l'émetteur sur le récepteur Utilisation : liaisons < 1000 m ; débit jusqu'à 10 Mbits ex : liaison XBT - TSX liaisons industrielles

2 f i l s

R S 485

4 f i l s

R S 422FULL DUPLEX HALF DUPLEX

Boucle de courant

La particularité de cette norme est que la transmissions des bits de données se fait non pas en niveaux de tensions mais en niveaux de courants. La liaison par boucle de courant 20 mA est sans doute la plus ancienne des liaisons séries issue de la communication avec un télé-imprimeur et n'a jamais fait I'objet d'une normalisation . Elle se compose de deux boucles, une pour I'émission I'autre pour la réception, parcourues ou non par un courant de 20 mA obtenu à partir d'une source de tension.présence d'un courant de 20 mA = 1 LOGIQUEnon présence d'un courant de 20 mA = 0 LOGIQUE

UTILISATION : Par sa simplicité de mise en oeuvre, trouve de nombreuses applications lorsqu'un débit de quelques milliers de bits par seconde est suffisant

g é n é r a t e u r

b o u c l e é m i s s i o n

b o u c l e r é c e p t i o n

S T A T I O N A S T A T I O N B

La normalisation

Besoin de définir des protocoles normalisés ou standardisés afin que seule l ’implémentation des protocoles change

Standards de fait ou définis par des organismes privés

Organismes les plus connus :– ISO : International Organisation for Standardisation– ITU (ex CCITT) : International Telecommunication

Union– IEEE : Institute of Electrical and Electronic Engineers

Exemple

Fraiseuse horizontale

Fraiseuseverticale

InspectionfinalePréparation

Stockage

FABRICATION INTÉGRÉE C.I.M.

C’est l’intégration de toutes les technologies de l’information relatives aux différentes activités manufacturières de l’entreprise dans un système global permettant de communiquer entre les différents secteurs de celle-ci dans le but de raccourcir le temps de réponse à la demande, les temps de mise en route et les frais de main d’oeuvre indirecte.

Comment transformer…Comment transformer…Introduire le linge

Ajouter de l’eauEt de la lessive

Sortir le linge

Agiter

Essorer Vidanger

Vidanger

Rincer

Lessive

Une machine à laver…Une machine à laver…Chargement- Linge

Chargement- Eau- LessiveLessive

Déchargement- Linge

Agitation- 20’

Essorage- 5’

Vidange- Egoût

Chargement- Eau

Rinçage

Lessive

En machine à café!En machine à café!Chargement- Eau- CaféCafé

Agitation- 10”

Vidange- Egoût

Vidange- Tasses à café

Chargement- Eau

Rinçage

Cellule de fabrication

Tournage Fraisage PercageTraitementthermique

Fraisage PercageTraitementthermique

Tournage FraisageTraitementthermique

Assemblage

Produit 1

Produit 2

Produit 3

AMÉNAGEMENT PROCÉDÉ

TournagePercage

FraisageTraitementthermique

Assemblage

Produit 1

Produit 2

Produit 3

L'INTEGRATIONFONCTIONS SYSTEMES INFORMATIONS

TERRAIN

MACHINE

CELLULE

ATELIER

IV) CLASSIFICATION

PYRAMIDE CIM (Computer Integrated Manufacturing)

GESTIONENTREPRISE

AUTOMATISATION

COMMANDE CENTRALISEE SUPERVISION

CONTRÔLE PRODUCTION

DONNEES

CALCULATEURS

MICRO-ORDINATEUR

API CONTROLEURS REGULATEURS

CAPTEURS ACTIONNEURS

FICHIERS

TABLEAUX

MESSAGES

TERRAIN

MACHINE

CELLULE

ATELIER

VOLUME DE DONNEES

TEMPS NON CRITIQUE

TEMPS > 10 s

TEMPS < 1 s

TEMPS < 0,1 s

T < 0.01 s

Temps de réponse

TRAITEMENTDE DONNEES

TRAITEMENTDE DONNEESEN TEMPSREEL

PYRAMIDE CIM (Computer Integrated Manufacturing)

IV) CLASSIFICATION

TERRAIN

MACHINE

CELLULE

BUS SENSEUR/ACTEUR

BUS DE TERRAIN

BUS D ’USINE

RESEAUX INFORMATIQUES

ATELIER

IV) CLASSIFICATION

INTERNET

Protocoles de communication

•Généralités-Modèle OSI

Définir le Bus de Terrain

TERRAIN = indique quelque chose de limité ou délimite géographique (Usine, Atelier, Voiture...),

BUS = ensemble des fils (conducteurs) utilisés pour l ’échange de données entre différents circuits électroniques,

RESEAU = ensemble de lignes de communication qui desservent une même unité géographique.

BUS/RESEAU DE TERRAIN = réseau de communication numérique reliant différents types d ’équipements d ’automatisme.

PROTOCOLE : relatif à une couche ISO, il désigne les règles de dialogue entre mêmes couches des entités communicantes.

• Remplacement des boucles de courant 4-20 mA,

• Distribution (décentralisation) du contrôle, du traitement des alarmes, diagnostics au différents équipements de terrain,

• Intelligence déportée au niveau de ces équipements,

• Interopérabilité (communication).

Avantages : REDUCTION DES COUTS :

– Réduction massive du câblage : 1 seul câble en général pour tous les équipements au lieu d’un par équipement,

– Réduction du temps d ’installation. REDUCTION DES COUTS DE MAINTENANCE

– Complexité moindre donc moins de maintenance– Flexibilité pour l ’extension du bus de terrain et pour les

nouveaux raccordements.

PERFORMANCES GLOBALES ACCRUES- Précision de la communication numérique : la donnée numérique transférée est sans erreur de distorsion, de réflexion... - Les données et mesures sont généralement disponibles à tous les équipements de terrain,- Communications possibles entre 2 équipements sans passer par le système de supervision.

INCONVENIENTS :

Non possibilité de prise en compte de l ’information en Temps Réel par rapport aux boucles de courant,

Sécurité des informations non garantie, Choix du réseau : Topologie, vitesse de transmission, Supports

physiques de communication, Choix entre solutions propriétaires et standards (il existerait

2000 bus de terrain différents), Compatibilité totale entre équipements de fournisseurs

différents ?

Modèle OSI de ISO

OSI : Open System Interconnection

ISO : International Standard Organization

• Segmente les fonctionnalités d’un système communiquant selon 7 couches.

• Chaque couche garantit à la couche qui lui est supérieur que le travail qui lui à été confié a été réalisé sans erreur.

Le Modèle OSI possède 7 couches– Couches de 1 à 4: couches basses chargées d ’assurer un transport optimal des

données– Couches 5 à 7: couches hautes chargées du traitement des données

APPLICATION7

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

RESEAU

LIAISON

PHYSIQUE

APPLICATION 7

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

RESEAU

LIAISON

PHYSIQUESUPPORT PHYSIQUE

TRAMES

PAQUETS

MESSAGES

PROTOCOLE

SERVICE

Couche 3 : Réseau

Gère l'adressage des informations : qui est le destinataire de mes messages, numéro d'équipement ou de station, sur quel réseau…

Couche 2 : Liaison de données

Divisé en deux sous couches :

LLC (Logical Link Control) : Gère le contrôle et le flux des informations. CRC(code de redondance cyclique) et réitérations associées…

MAC (Medium Access Control): Gère le partage de l'accès au médium (CSMA/CD, arbitrage de bus…)

Couche 1 : Physique

Définit la nature du support physique de la communication et le codage de l'information : type de câble, transmission hertzienne, connecteurs, signaux électriques, codage binaire de l'information…

Couche 5 : Session

Gère la notion de session, intervalle de temps pendant lequel deux équipements sont en communication et reprise de contexte suite à interruption.

Couche 4 : Transport

Transport de l'information de bout en bout entre deux stations distantes : segmentation des trames… (Note : la trame est l ’entité transportée sur les lignes physiques. Elle rassemble un certain nombre d ’octets)

Couche 7 : Application

Définit la nature des informations échangées : messagerie, transfert de fichiers…

Couche 6 : Présentation

Définit la représentation des informations : encodage, compression ou cryptage de l'information.

•Différents modes de transmission

Mécanismes d ’accès au médiumC ’est la gestion de l ’accès au support physique.On distingue les mécanismes suivants : Maître-esclaves, Arbitrage de bus, Maîtres-esclaves, Bus à jeton, C.S.M.A (Carrier Sense Multiple Access.)

Maître-esclaves

Un seul équipement, le maître est à l’initiative de tous les échanges, les autres équipements, les esclaves, se contentant de répondre lorsque le maître le leur demande.

Arbitrage de bus

Le mécanisme est assez voisin du précédent dans le sens où un seul équipement, l’arbitre de bus, attribue un droit de parole à tour de rôle à chacun des autres équipements. La principale différence est que chacun des équipements, lorsqu’il fait usage de son droit de parole, peut adresser ses informations à n’importe quel autre équipement, ou même à tous simultanément (diffusion).

Maîtres-esclaves

Le réseau fonctionne en maître-esclave comme vu précédemment, mais le réseau peut changer de maître. La main passe d'un maître à un autre par transmission d'un message particulier baptisé « jeton ». L'efficacité de ce procédé est liée à la rapidité de propagation du jeton dans l'anneau logique constitué par la succession des différents maîtres.

Bus à jeton (token ring)

Un jeton, correspondant à un droit de parole, passe de station en station, selon un ordre déterminé. Chaque station peut émettre vers n’importe quelle autre station tant qu’elle possède le jeton mais ne peut garder celui-ci que pour une durée limitée, définie par configuration

C.S.M.A (Carrier Sense Multiple Access)L'objectif de ces méthodes est de permettre à toute station de s'exprimer quand bon lui semble.

Avantages : Optimisation du traffic, Répartition de la maîtrise du réseau

Inconvénients : Trafic aléatoire, Risque de collisions

On note aussi : CSMA/CD : CD = Collision Detection

Sommaire

• Modèle OSI

• Différents modes de transmission

• Les différents modes de communication

- Modbus

- Spabus

- Profibus

• Perspective d ’avenir : Ethernet

•Supports de communication

Supports physiques de communication

Le cuivre (câbles électriques):

Avantages : possibilité de multi-point, de télé-alimentation

Inconvénients : la longueur permise (portée) est inversement proportionnelle au débit d’information (bits/seconde), problèmes de compatibilité électromagnétique. Risque d ’incendie en cas de court-circuit.

La paire torsadée blindée

La conjugaison des effets de torsade et de cage de Faraday (blindage) atténue fortement la sensibilité aux rayonnements extérieurs.De coût attractif, il est le médium d’usage courant pour les réseaux de terrain.Débit x Portée = 108 à 109 bits.m/s.(exemple : 1Mbit/s : 100m à 1 km)

Le câble coaxialConstitué d’une âme centrale et d’un blindage extérieur, il permet pour un prix abordable d’atteindre des débits supérieurs tout en présentant une bonne immunité aux parasites ambiants.Débit x Portée = 5,108 à 1011 bits.m/s.(exemple : 10Mbit/s : 50m à 10km)

La fibre optiqueIl est de plus en plus fréquent d’utiliser la fibre optique, qui est une sorte de “tuyau” à lumière. Son coût au mètre devient très concurrentiel, et ses problèmes de raccordement se simplifient.

Avantages : immunité aux parasites ; le débit d’information permis par la fibre optique n’est pas fonction de sa longueur (kilomètres et centaines de Mbit/s).

Inconvénients : Elle ne permet que laborieusement la mise en parallèle, Mise en œuvre difficile (enceinte de mise en œuvre doit être propre).

TopologiesLe raccordement physique entre les différentes stations d’un réseau peut être réalisé suivant des schémas de natures très différentes baptisées “topologies”.

Les documents constructeurs ont la fâcheuse habitude de confondre câblage et topologie, et profitent de la liberté de câblage qu’offre en général un bus pour l’affubler de désignations usurpées telles que “topologie libre” etc...

Topologies de type “bus”

C’est une “topologie à médium partagé” car toutes les stations sont raccordées “en parallèle” via le médium qui parcourt le site. Ceci implique que chaque abonné doit être apte à se taire.

Avantages : Simplicité de mise en œuvre ; rapidité.

Inconvénients : Une défaillance du médium affecte la totalité du segment considéré ; conflits d’accès.

Topologies en anneau

Topologie en forme de boucle où chaque station ne peut s’adresser qu’à sa voisine. Il s’agit donc cette fois d’une “topologie point à point”. A noter qu’ici, chaque station régénère le signal, ce qui multiplie grosso modo la portée par le nombre de stations.Avantages : détection de défaillance, localisation des défaillances de médiumInconvénient : Un simple dialogue entre deux stations distantes passe par un certain nombre d’intermédiaires, ce qui rallonge d’autant les temps de propagation.

Câblages réseaux point-à-point:

EtoileArbre

Maillage régulierAnneau

Transmission de données

• Transmission parallèle

Si un octet doit être transmis, tous les bits du même octet sont émis simultanément. Cela signifie qu’à chaque bit correspond une liaison conductrice séparée, c’est-à-dire un fil conducteur. C’est une transmission rapide.

Son coût et le nombre de fils la rend inapte pour les longues distances.

Transmission sérielle

L’envoi des bits l’un après l’autre, sur le même support physique, à l’inverse de la transmission de données parallèle où l’envoi des bits est simultané.

C’est une transmission plus lente.

Elle permet un grand nombre d’applications avec une faible contrainte d’encombrement ; la transmission peut s’effectuer avec trois fils, elle est donc plus économique pour des longues distances.

Mode Synchrone :

La transmission se produit à des instants et pendant des durées fixes, définis à l’avance.

Les codes numériques doivent se suivre.

Mode Asychrone :

La transmission se produit à des instants aléatoires.

Les codes numériques ne doivent pas être émis en continu.

Norme RS 232 (Recommended Standard de l ’EIA) :• utilisé pour des liaisons point à point sans différentiel de tension• soumis aux parasites ambiants•le standard international équivalent est le V.24 qui définit les caractéristiques mécaniques et la nature des signaux et le V.28 définit les tensions appropriées.

Norme RS 422 : même que RS 232 mais avec différentiel de tension (immunité aux parasites).

Norme RS 485 :

• définit les conditions d'interconnexion de plusieurs circuits émetteurs et récepteurs (transceivers) utilisés dans des systèmes multipoint en mode symétrique (Bus 2 fils).• la particularité de cette liaison est de permettre la connexion de plusieurs appareils. • dans ce protocole chaque appareil a la possibilité d'autoriser ou d'interdire la transmission.

MODBUS

• C ’est un protocole de transmission de données régissant le dialogue entre une station maître et des esclaves.

• Un maître unique peut communiquer avec jusqu ’à 255 équipements esclaves.

• Un des protocoles les plus répandus dans le domaine des réseaux de terrain.

• Définit une structure de messages pouvant être utilisée par les automates quel que soit le type de réseau sur lequel ils communiquent.

• Le protocole communique avec les autres équipements via une liaison RS232 (point-à-point) ou une liaison série RS485/RS422 (multi-points).

• Définit 2 types de codage : ASCII et RTU.

• Mode ASCII (American Standard Code for Information Interchange) : chaque paquet de 8 bits est envoyé comme 2 caractères ASCII.

• Mode RTU (Remote Terminal Unit): chaque paquet de 8 bits dans le message contient 1 caractère hexadécimal.

• Le mode RTU offre de meilleurs performances que le mode ASCII du fait du compactage de données. En effet, avec le mode ASCII le nombre de bits envoyés est doublé tandis que le mode RTU envoi les bits comme ils sont.

Caractéristiques

RS 232RS 485

MODBUS Plus : un réseau !Est un réseau local industriel performant permettant de répondre à des architectures étendues de type Client/Serveur, combinant haut débit (1Mbits/s), support de transmission simples et économiques et nombreux services de messagerie.

Sommaire

• Modèle OSI

• Différents modes de transmission

• Supports de communication

• Les différents modes de communication

- Modbus

- Profibus

• Perspective d ’avenir : Ethernet

- SPA-bus

SPABUS

• Originairement conçut comme bus de terrain pour les systèmes de protection, de contrôle et d ’enregistreur d ’événement.

• Le protocole utilise le mode un maître et plusieurs esclaves.

• Les messages sont basés sur les caractères du code ASCII.

• Communication sous forme interrogation/réponse ou sous forme diffusion générale et utilise la transmission sérielle asynchrone.

•La construction de base du protocole suppose que les esclaves ne peuvent prendre l’initiative d’engager le dialogue avec le maître mais que le maître est au courant des données que contiennent les esclaves et, par conséquent, peut demander les données dont il a besoin. De plus le maître peut envoyer des données à l’esclave.

Communication :

Le maître amorce les communications en envoyant un message au bus. L'esclave, qui reconnaît son propre numéro d'esclave dans le message du maître, répond en envoyant un message de réponse approprié. L'esclave ne répond pas s'il n'a pas reçu le caractère de début de message (>), son propre numéro d’esclave et le caractère de fin de message (cr).

Caractéristiques

• Vitesse de transfert : 9600 bit/s. (Dans certain cas : 300, 1200, 2400 ou 4800 bit/s)

• Le temps maximum pour un esclave de répondre est de 50 ms mais c ’est à éviter le temps recommandé est de 5 ms.

• La longueur maximale d ’un message est de 255 caractères.

• Supports physiques de communication : RS 485, RS 232, fibre optique (en verre ou en plastique).

LON (Local Operating Networks)

• Un réseau multi-maîtres avec le protocole d’accès CSMA/CA (CA : Collision Avoidance).

• LonWorks respecte le modèle OSI complet (couches 1 à 7) contrairement au bus de terrain “ classique ” (couches 1,2 et 7).

• LonWorks est bâti autour de 3 briques importantes :- Circuit Neuron Chip : composé de 3 microcontrôleurs 8 bits pour la gestion des protocoles et des E/S,- Protocoles de communication LonTalk dans le circuit Neuron Chip,- “ Transceiver ” propre et adapté à différents supports de transmission.

•LonWorks est à ranger dans la catégorie des bus de terrain. Il permet néanmoins d’opérer au niveau supérieur (atelier)

• Médium : paire torsadée, câble coaxial, courant porteur, fibre optique

• Topologie : anneau, bus

• Nombre max de noeuds : 32385 par domaine

• Débit brut de 2 kbit/s à 1,25 Mbit/s suivant transceiver (PLT-20 :

2kbit/s, XF-1250 : 1,25 Mbit/s)

• Longueur maximale dépendant de la topologie, du transceiver et

du débit (de 500 m à 2700 m)

PROFIBUS

• Il s’agit de systèmes multi-maîtres/multi-esclaves basés sur une structure d’anneau logique. L’accès au bus est régi par un mécanisme hybride combinant le passage d’un jeton tournant entre les maîtres et la scrutation cyclique des esclaves.

• Profibus spécifie les caractéristiques techniques d’un bus de terrain série destiné à interconnecter des automatismes numériques répartis aux niveaux terrain et cellule.

• Profibus autorise le dialogue de matériel multiconstructeurs pour la transmission de données rapides (déterminisme) mais aussi pour les échanges de grandes quantités d ’informations (non déterministes).

• Profibus possède 2 protocoles de transmission ou profils de communication :

-profil de communication DP (Decentralized Periphery) : le plus répandu, simple et performant,-profil de communication FMS (Fieldbus Message Specification ) : plus évolué pour des tâches complexes,

• Profibus utilise 3 type de transmission :- Transmission RS-485- Transmission IEC 1158-2 (comme le RS 485 mais utilisée qu ’en process)- Transmission optique

• Profibus définit des profils applicatifs conjuguant profils de communication et supports de transmission adaptés à un type d ’application :

- profil PROFIBUS-PA (process automation)

2) PROFIBUS DP (Distributed Periphericals)

COMMUNICATION Principe de communication:

Maître/Esclave Vitesse: 9.6 Kbps à 12 Mbps Taille des données: 244

octets

DIVERS Profibus PA

– dépend d ’un maître sur Profibus DP– vitesse=31.25 Kbps– Données et puissance sur le même câble

PROFInet bus de terrain sous TCP/IP devrait remplacer Profibus FMS

PHYSIQUES Topologie: bus ou anneau Médium: Paire torsadée,

fibre Distance:

– 100m à 12 Mbps– 1200m à 9.6 Kbps

Nombre de nœuds: 127

Industrial ETHERNET

• Ethernet est une technologie de plus en plus utilisée comme solution de communication dans l’industrie.• Utilisation inéluctable dans les ateliers : technologie banalisée, performante, fiable, peu onéreuse• Son point faible : son indéterminisme dû à la méthode d ’accès CSMA/CD• Mais Ethernet sera incontournable pour mettre en œuvre des programmes d ’automatisation répartis d ’autant plus que les flux de données ne cessent de croître.

Ethernet comme bus de terrain ?Avantages :• Interface Ethernet bon marché,• Compatibilité avec les solutions informatiques de gestion,• Protocoles banalisés ouverts et utilisables immédiatement,• Augmentation constante des débits : 10, 100, 1000 Mbit/s, Inconvénients :• Câblage complexe et onéreux (hub, switch…),• Connectique non adaptée au milieu industriel (RJ45 vs M12),• Sécurité du réseau non assuré,• Protocoles classiques non adaptés aux contraintes industrielles,• Contraintes temporelles non garanties.

LES ALTERNATIVES ETHERNET INDUSTRIELLES• 4 alternatives existent (et s ’affrontent) :

- Initiative EtherNet/IP de Rockwell- Projet ProfiNet de Siemens- Spécification HSE (High Speed Ethernet) de Fieldbus

Foundation

• 2 grandes catégories de solutions techniques :- Solutions qui encapsulent les données dans une trame Ethernet ou paquet TCP/UDP (Ethernet/Industrial Protocol)- Solutions qui utilisent des passerelles ou des serveurs

Protocoles de type maître/esclave

Adaptés :Pour un tableau automatisé de base, ne gérant que des commandes et des comptes rendus d ’états.

Non adaptés :- Pour des fonctions requises nécessitant la transmission de mesures :-> temps de scrutation augmente,-> changement d ’état d ’un appareil ne sera connue que lors de la prochaine scrutation.

- Pour des traitements répartis :-> la centrale ne peut jouer son rôle de maître que si toutes les informations passent par elle.

Protocoles CSMA (Carrier Sense Medium Access)

Permettent aux stations connectées au réseau d ’émettre spontanément uniquement en cas de besoin.

Contraintes :- risque de collision,- temps de réponse non déterministe (non constant),- détection de stations en panne.

Avantages :- optimisation des échanges,- réduction des coûts,- décentralisation des traitements

Exemple de Système flexible

Partie 1 : L'architecturePartie 1 : L'architecture

Les 5 machinesLes 5 machines

Machine 1 :magasin-tour

Machine 2 :transfert

Machine 3 :gravure

Machine 4 :peinture

Machine 5 :triage-assemblage

Chacune des 5 machines est commandée par un automate TSX3722

Chaque automate dispose de sa propre console de programmation (environnement pédagogique)

Les automates sont interconnectés grâce à un réseau local Fipway

La supervisionLa supervision

Machine 3 :gravure

Machine 4 :peinture

Le poste de supervision est relié au réseau Fipway

Un réseau bureautique relie l'ensemble des ordinateurs entre-eux

Le service "création design"Le service "création design"

Machine 3 :gravure

Machine 4 :peinture

Le poste de création du design des stylos est relié au réseau bureautique et notamment, par conséquent, au superviseur

La connexion InternetLa connexion Internet

Machine 3 :gravure

Machine 4 :peinture

Internet

L'unité de production est connectée à Internet

Partie 2 : La procédure Partie 2 : La procédure

Etape 1Etape 1

Machine 3 :gravure

Machine 4 :peinture

Le service "création design" compose une nouvellegamme de produits à chaque saison,et transfert les données de production relatives à ces produitsdans le superviseur

Etape 2Etape 2

Machine 3 :gravure

Machine 4 :peinture

Le service "création design" prépare les pages web commercialeset met les collections à disposition du public sur le serveur Internet

Serveur Internet

Etape 3Etape 3

Machine 3 :gravure

Machine 4 :peinture

Les clients sélectionnent les stylos de leurs rêves sur la page webet envoient le formulaire de commande

Serveur Internet Ordinateur du client

Etape 4Etape 4

Machine 3 :gravure

Machine 4 :peinture

Les commandes sont enregistrées

Serveur Internet

Etape 5Etape 5

Machine 3 :gravure

Machine 4 :peinture

Après organisation des campagnes de productionsur le superviseur,les données relatives aux stylos à fabriquersont transférées vers tous les automates

Transfert des gammes de fabricationvers les automates

LABORATOIRE DIDACTIQUE - IUT MULHOUSELABORATOIRE DIDACTIQUE - IUT MULHOUSE

Etape 6Etape 6

Machine 3 :gravure

Machine 4 :peinture

La production est gérée automatiquementen fonction des stylos à fabriquerLe rôle du superviseur consiste maintenant à permettrele pilotage centralisé de l'unité de production

Echanges de données de productionentre superviseur et automates

Echanges de donnéesentre automates

Notez qu'à aucun moment, il a fallu changer les programmes des automates :il s'agit d'un système flexible.

DEVELOPPEMENT DES GRAFCETSDEVELOPPEMENT DES GRAFCETS

Rendez-vous sur le net : http://lab.grafcet.free.fr

Vous pouvez m'adresser vos remarques : b.reeb@uha.fr

Merci de votre attentionMerci de votre attention

Objectif de ce diaporamaObjectif de ce diaporama

Montrer, à travers un exemple simple, la différence entre une approche intuitive d'un problème d'automatismeset une approche raisonnée

Etude de cas à titre d'exempleEtude de cas à titre d'exemple

Soit un robot chargé de gérer un flux de pièces à travers une cellule composée de 2 postes :les pièces qui se présentent en amont de cette cellule subissent une opérationsoit sur le poste A,soit sur le poste B, avant de rejoindre le stock en aval.

Poste A

Sortie cellulestock aval

Entrée cellulestock amont

Poste B

Avant d'élaborer un premier grafcet, observons cette cellule en fonctionnement ...

Poste A

Poste B

Le robot est en attente de l’arrivée d’une pièce au stock amont.

Poste A

Poste B

Une pièce se présente.Le robot la saisit.

Poste A

Poste B

Il la transporte vers un poste libre (poste A par exemple).

Poste A

Poste B

Le robot dépose la pièce sur le poste A.Entre-temps, une autre pièce s’est présentée au stock amont.

Poste A

Poste B

Le robot se présente au stock amont.(Le poste A travaille).

Poste A

Poste B

Le robot saisit la pièce.

Poste A

Poste B

Le robot transporte la pièce vers le poste libre.(Poste B, puisque A est occupé)

Poste A

Poste B

Le robot dépose la pièce sur le poste B.Entre-temps, une autre pièce s’est présentée au stock amont,

mais plus aucun poste n’est libre : le robot est en attente.

Poste A

Poste B

Le travail sur le poste A s’est terminé.Le robot réagit.

Poste A

Poste B

Le robot se présente au poste A.

Poste A

Poste B

Le robot saisit la pièce au poste A ...

Poste A

Poste B

… puis la transporte vers la sortie de la cellule ...

Poste A

Poste B

… pour l’y déposer.Le robot peut maintenant s’occuper soit de la pièce au stock amont, soit de la pièce du poste B selon l'ordre de priorité.

Voilà comment on procède habituellement pour Voilà comment on procède habituellement pour traiter ce type de problèmes ...traiter ce type de problèmes ...

S : SaisirD : DéposerA et B : postes A et BAm et Av : Amont et Aval de la cellule

Tracer une première version

•Tracer la « première » action

SAm•Prévoir les évolutions possibles

SA SAm

DAv DB

•Compléter en détaillant tous les cas

SAm SB

DA DAv

•Ne rien oublier

•Tracer l’étape initiale

•Corriger

, puis aménager

•« Simplifier »

On voit que cette démarche est sans rigueur.Plusieurs phases d’essais ont conduit à un tracé peu

clair.Il est possible que des erreurs soient encore présentes :

« a-t-on suffisamment corrigé-amélioré ? »« a-t-on prévu tous les cas ? »

Que peut-on dire de cette façon de procéder :

Voilà maintenant comment la méthode proposée Voilà maintenant comment la méthode proposée dans cet ouvrage traite ce type de problèmes ...dans cet ouvrage traite ce type de problèmes ...

Définition de la fonction principale : niveau 1

Fonction principale :GERER LE FLUX DES PIECES

Dans la formulation des fonctions, on veillera à utiliserun vocabulaire général,

ne faisant PAS référence à la technologie employée

Décomposition de la fonction principale : niveau 2

La synchronisation de ces fonctions est représentée par l'épure d'un grafcet à sélection de séquence puisque le robot peut être amené soit à alimenter soit à évacuer un poste, sans qu'une quelconque chronologie soit systématique.

Fonction composante X :ALIMENTER LES POSTES

Fonction composante Y :EVACUER LES POSTES EvacuerAlimenter

Décomposition des fonctions du niveau 2 : niveau 3

A ce niveau d'analyse, l'épure du grafcet est de structure linéaire puisqu'une saisie est OBLIGATOIREMENT suivie d'une dépose et inversement.

SAISIRUNE PIECE

DEPOSERUNE PIECE

Saisir

Déposer

Evacuer

(fonction non étudiée pour l'instant) Alimenter

Décomposition des fonctions du niveau 3 : niveau 4

SAm DA DBSAm

L'épure du grafcet montre qu'une pièce qui a été saisie en amont de la cellule peut être déposée sur l'un des deux postes A ou B. (La sélection se fera en temps réel en fonction de leur disponibilité.)

Evacuer

Fonction composante X :ALIMENTER LES POSTES Alimenter

SAISIRUNE PIECE

DEPOSERUNE PIECE

Saisir

Déposer

… même analyse pour la fonction EVACUER ...

Fonction composante Y :EVACUER LES POSTES Alimenter Evacuer

SAISIRUNE PIECE

DEPOSERUNE PIECE

SAm DA DBSAm

SAISIRUNE PIECE

DEPOSERUNE PIECE

DAvSA SB

Synthèse : consiste à "assembler les morceaux du puzzle"

Evacuer

Fonction composante Y :EVACUER LES POSTES Alimenter

SAISIRUNE PIECE

DEPOSERUNE PIECE

SAm DA DBSAm

SAISIRUNE PIECE

DEPOSERUNE PIECE

DAvSA SB

DA DB DAv

SAm SA SB

On obtient la structure générale du grafcet

Niveau « saisir »

Niveau « déposer »

Fonction Alimenter Fonction Evacuer

DA DB DAv

SAm SA SB

On complète seulement maintenant par les réceptivités

Equations logiquespour gérer les priorités

Selon le besoin, on augmente la flexibilité du système en utilisant des structures de données en complément du grafcet : recettes, files d’attente...

•Interprétation claire… la structure du grafcet reste très lisible, même si le fonctionnement de la cellule peut sembler aléatoire et compliqué

•Structure stable… la complexité du grafcet ne croît pas lorsque le nombre de postes augmente

•Mise au point progressive des conditions d’évolution… au fur et à mesure de l'exploitation de la cellule, il est très commode d'affiner son fonctionnement, simplement en ajoutant ou en modifiant des conditions au niveau des réceptivités

•Amélioration de la flexibilité… en utilisant des structures de données de type recettes ou files d'attente, on permet une plus large flexibilité. Ce point est largement illustré dans l'ouvrage.

Avantages sur un plan Avantages sur un plan techniquetechnique

•Approche raisonnée… il est intéressant de développer chez les étudiants un esprit d'analyse basé sur une approche raisonnée, en même temps qu'on favorise un état d'esprit davantage tourné vers les essais-erreurs et l'expérimentation : on montrera ainsi la richesse de la diversité des points de vue

•Importance de l’effort d’analyse… il est malheureusement de coutume chez un certain nombre d'étudiants de "foncer tête baissé" dans la programmation, surtout dans les filières ou les programmations de toutes sortes font leur quotidien (!?!). Une telle approche, basée sur une analyse des fonctions, semble en général ne pas être superflue ...

Avantages sur un plan Avantages sur un plan pédagogiquepédagogique

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