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Plan du cours (2)
Chapitre II: Réseaux locaux industriels
1. Définitions: réseau local industriel, bus, système temps
réel, système déterministe.
2. Besoins.
3. Caractéristiques principales.
4. Classification des bus: Pyramide du CIM
5. Synthèse des différents réseaux et bus utilisés en milieu
industriel.
27
Définition d’un réseau
local industriel
• Il s’agit d’un réseau bidirectionnel, sériel, multi-
branche, reliant différents types d'équipements :
➢ Capteur / Actionneur,
➢ Automate programmable (API),
➢ Calculateur, PC Industriel.
Chapitre II: Réseaux locaux industriels
28
Définition d’un bus
• Au sens informatique industrielle, un bus est un
conducteur ou un ensemble de conducteurs communs
à plusieurs circuits, permettant l'échange de données
entre eux (liaison point à point, multipoint).
Chapitre II: Réseaux locaux industriels
29
Définition d’un système temps réel
• Un système temps réel est capable de contrôler (ou
piloter) un procédé physique dans un intervalle de
temps minime par rapport à l'évolution du procédé
contrôlé. Le système ne doit, non seulement délivrer
des résultats exacts, mais il doit les délivrer dans des
délais imposés.
Chapitre II: Réseaux locaux industriels
30
Définition d’un système déterministe
• Un système déterministe est un système qui
produit, à une série d'événements entrants, une
même série d'événements sortants, dont l’ordre
est déterminé par celui des événements
entrants.
Chapitre II: Réseaux locaux industriels
31
Besoin 1: réduction des boucles
de courant analogique
Remplacement des boucles de courant 4-20 mA
Chapitre II: Réseaux locaux industriels
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Besoin 2: Décentralisation
Automatismes centralisés Automatismes décentralisés
Chapitre II: Réseaux locaux industriels
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Besoin 3: Interopérabilité e interchangeabilité
• Un composant est interopérable s’il est capable de communiquer d’une façon intelligente avec d’autres composants, dans le strict respect des spécifications du protocole de communication.
• Un composant est interchangeable s’il peut être remplacé par un autre, pouvant provenir d’un autre constructeur, dans le strict respect des spécifications des profils.
• Un système constitué de composants interopérables et interchangeables est appelé « système ouvert ».
Chapitre II: Réseaux locaux industriels
34
Besoin 4: Intelligence déportée au niveau
des équipements
Chapitre II: Réseaux locaux industriels
35
Caractéristiques principales (1)
1) Sûreté de fonctionnement: détection des erreurs de
communication (pertes d’informations, collision),
détection et recouvrement des pannes des
équipements.
2) La disponibilité et le prix des équipements.
3) Capacité d'interconnexion entre des équipements
hétérogènes (différents types/constructeurs).
4) Réseaux de faible taille (répartition géographique
réduite des équipements).
Chapitre II: Réseaux locaux industriels
36
5) Données de quantité relativement faible.
6) Les contraintes liées au temps (notion de temps réel,
déterminisme, ...)
7) Le nombre d'équipements connectables ensemble.
8) Les contraintes liées à l'environnement de
fonctionnement (température, pression, vibrations,
etc.)
Caractéristiques principales (2)
Chapitre II: Réseaux locaux industriels
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Classification des réseaux industriels: pyramide
CIM (Computer Integrated Manufacturing)
Niveau 3: Niveau entreprise
Niveau 2: Niveau atelier
Niveau 1: Niveau machine
Niveau 0: Niveau capteur
Niveau de
décision
Chapitre II: Réseaux locaux industriels
38
Description des différents niveaux
• Niveau 3: gestion des produits et des stocks, gestion
des approvisionnements, gestion des clients, des
commandes et de la facturation.
• Niveau 2: localisation des produits en stocks,
mouvements physiques et gestion des lots.
• Niveau 1: contient les automatismes.
• Niveau 0: contient les capteurs et actionneurs.
Chapitre II: Réseaux locaux industriels
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Besoins en communication industrielle des différents niveaux
1 bit
NOMBRED’INFORMATIONS
TRANSMISES
1 kbits
1 Mbits
Niveau 2Atelier
Gestion de production
Supervision
Niveau 1Machines
Le contrôle
commande
Les constituants
Niveau 0Capteurs
Actionneurs
Système d ’informationNiveau 3
Entreprise
Chapitre II: Réseaux locaux industriels
1 ms
1 s
1
minute
VITESSEDE
REACTION
40
Synthèse des principaux réseaux et bus utilisés
en milieu industriel
Ethernet TCP/IPFTP -HTTP
Réseaux informatiques
FIPWAYEthernetTCP/IP
Modbus
Réseaux locaux industriels
Bus capteursactionneurs
AS-i
Profibus-DPDeviceNet
Modbus Plus
Modbus
Bus de terrainCANopen
FIPIO
Interbus
Temps de réponse <
10msDistance < 100 m
Temps de réponse <
100 msDistance < 1 km
Temps de réponse 1-10 s
Distance > 1 km
1 b
it1
k b
its1
M b
itsChapitre II: Réseaux locaux industriels
41
Stratégie réseau de Schneider Electric
Chapitre II: Réseaux locaux industriels
42
Plan du cours (3)
• Chapitre III: Transmission des données
1. Acteurs mis en jeu, techniques, types et supports
physiques de la transmission.
2. Modèle OSI.
3. Méthodes d’accès au médium.
4. Produits d’interconnexion.
43
Chapitre III: Transmission des données
Médium
Informations
Informations
Emission
Réception
Coupleur de communication
Emetteur / Récepteur
Emetteur / Récepteur
Emission
Réception
Coupleur de communication
Lumière, son, image, tension
Acteurs mis en jeu
S. I. 1 S.I. 2
44
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.
0
1
Chapitre III: Transmission des données
45
Types de transmission (1)
Transmission simplex : mono-directionnel
Transmission half duplex : bi-directionnel alterné
Transmission full duplex : bi-directionnel simultané
Chapitre III: Transmission des données
46
Chapitre III: Transmission des données
Types de transmission (2)
�Les bits d’un octet sont transmis simultanément.
� Utilisée pour de courtes distances. Chaque canal a
tendance à perturber ses voisins, donc la qualité du
signal se dégrade rapidement.
�Les bits d ’un octet sont transmis les uns à la suite des autres.
Transmission parallèleTransmission série
Transmission
discontinue des informations,
avec intervalle de temps fixe
entre 2 bits.
Transmission
continue des informations,
avec un signal de
synchronisation.
AsynchroneSynchrone
47
Supports techniques de transmission (1)
�Paire de fils torsadés: la solution la plus simple et la moins chère.
Chapitre III: Transmission des données
�Câble coaxial: excellentes propriétés électriques et transmission grande vitesse.
48
Supports techniques de transmission (2)
�Fibre optique: la fibre optique transmet un signal lumineux. Cette
solution est convenable aux milieux industriels pollués ou hostiles.
Elle garantit une transmission sûre, sur de longues distances.
Chapitre III: Transmission des données
49
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.
Transmission et réseaux industriels
Chapitre III: Transmission des données
50
COUCHE PRESENTATION
COUCHE APPLICATION
COUCHETRANSPORT
COUCHE RESEAU
COUCHELIAISON
COUCHE PHISIQUE
COUCHESESSION
1
2
3
4
5
6
7
STATION
Notion de
bus
Notion de réseau
Chapitre III: Transmission des données
Modèle OSI: présentation
Hardware
Contrôle de liaison
Routage des données
Contrôle de l’acheminement
Synchronisation des échanges
Transcodage des formats
Protocole de communication
51
Chapitre III: Transmission des données
Modèle OSI: description des différentes
couches (1)
• Couche physique: le médium utilisé : paire torsadée, câble coaxial, fibre optique…, la forme des signaux véhiculés, la
connectique.
• Couche liaison: adressage, résolution d’erreur, gestion du flux
de données, gestion de l’accès au médium.
• Couche réseau: établissement du chemin entre les différents
réseaux.
• Couche transport: transport des données de bout en bout.
52
Chapitre III: Transmission des données
Modèle OSI: description des différentes
couches (2)
• Couche session: organise et synchronise les échanges
entre les différents éléments.
• Couche présentation: changer le format des données
afin de permettre à des éléments de natures différentes de
dialoguer.
• Couche application: définit un langage commun entre les
différents équipements (sémantique et signification). 53
Méthodes d’accès au médium: méthode
maître-esclave
Chapitre III: Transmission des données
MAITREESCLAVE
Requête (Polling)
Quelque chose à émettre ?
Réponse
Oui/non
� Le maître est l ’entité qui accorde l ’accès au medium.
� L’esclave est l’entité qui accède au médium après autorisation
du maître. 54
Méthode maître-esclave: exemple bus As-i
API + coupleur As-i
Répartiteur passif+Capteurs intelligents(asifiés)
Répartiteur actif+
Capteurs ordinaires
Chapitre III: Transmission des données
55
Méthodes d’accès au médium: méthode
anneau à jeton
Chapitre III: Transmission des données
Adresse 1
Adresse 2
Adresse 3
Adresse 4
�Le jeton est un groupe de bits qui est passé d ’un nœud au suivant dans l ’ordre croissant des adresses.
Réception du jeton → autorisation d’émission
Jeton
56
Méthode anneau à jeton: exemple MODBUS+
Chapitre III: Transmission des données
SCADA
CAPTEURS ET INSTUMEBTS DE MESURE 57
Méthodes d’accès au médium:
accès aléatoire (CSMA)
Chapitre III: Transmission des données
Adresse 1
Adresse 2
Adresse 3
Adresse 4
� Dès qu’il n’y a aucune donnée émise, l’accès est libre pour tous les nœuds du réseau.
Accès simultané de deux nœuds → collision58
Méthode CSMA/CD: détection des collisions
(collision destructive)
EX: ETHERNET
Chapitre III: Transmission des données
�CSMA/CD = détection de collision:
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
59
Explications CSMA/CD
Chapitre III: Transmission des données
60
Méthode CSMA/CA: Evitement des collisions
(collision non destructive)
EX: Wi-Fi
Chapitre III: Transmission des données
�CSMA/CA = évitement de collision:
1- Détection de la collision non destructive.
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.
61
Chapitre III: Transmission des données
Explications CSMA/CA
SOURCE DESTINATION
62
Méthode CSMA/CR: Résolution des collisions
EX: CAN
Chapitre III: Transmission des données
�CSMA/CR = résolution de collision:
•Si plusieurs stations transmettent un message, elles appliquent
un ET logique entre le signal reçu et le signal émis. Dans le cas
d'une inégalité, la station s'arrête de transmettre. Comme le 0 est
une valeur dominante, elle écrase donc le 1 (état récessif) : cela
signifie que la communication de l'une des stations n'est pas
modifiée et permet ainsi de terminer cette communication sans
délai d'attente ou de retransmission.
63
Explications CSMA/CR
Chapitre III: Transmission des données
64
Chapitre III: Transmission des données
Produits d’interconnexion (1)
Répéteur = Repeater
1 1
Segment 2Segment 1
Permet l’extension d’un réseau par segments
Il amplifie et rétablit le même type de signal
Concentrateur = Hub
1 1 1 1 Permet l’extension d’un réseau en étoile. Il amplifie
et rétablit le même type de signal sur tous les ports
Convertisseur = Transceiver
1 1
Segment 2Segment 1
Permet l’extension d’un réseau par segments
de nature différentes.
65
Chapitre III: Transmission des données
Produits d’interconnexion (2)
Routeur = Router
2 2
Réseau 2Réseau 1
3 3
1 1
Permet de relier 2 réseaux de même nature.
Passerelle = Gateway
2 2
Réseau 2Réseau 1
7 7
1 1
Permet de relier 2 réseaux de nature différente.
66