RECOMMANDATION POUR LINSTALLATIONDES RESEAUX PROFIBUS ET WORLDFIP

Version : 8 24 Novembre 2000

Jacky BRAHY et Raymond BRUN

RESUME

Le but de cette note est de dfinir comment installer correctement etprofessionnellement un rseau de terrain PROFIBUS ou WorldFIP au CERN. C'est--dire dfinir les rgles d'installation et les diffrents lments utiliser.

Jacky BRAHY, Division LHC/IAS, CERN, 1211 GENEVE 23 (CH)Tel : 00 41 22 767 86 48, Fax : 00 41 22 767 95 80E-Mail : Jacky.Brahy@cern.ch

Raymond BRUN, Division LHC/IAS, CERN, 1211 GENEVE 23 (CH)Tel : 00 41 22 767 69 46, Fax : 00 41 22 767 95 80E-Mail : Raymond.Brun@cern.ch

2SOMMAIRE

CABLES RECOMMANDES AU CERN : Page 3

Guide dinstallation WORLDFIP : Page 7

Guide dinstallation PROFIBUS : Page 23

3CABLESRECOMMANDES

AU CERNJacky BRAHY & Raymond BRUN

LHC-IAS

4CABLES SANS HALOGENE COMMUNS AUX RESEAUXPROFIBUS et WORLDFIP

Les cbles utiliss doivent correspondre aux caractristiques dfinies dans les normesen vigueur et aux Rgles de Scurit du CERN.Les couleurs ne sont pas imposes par les normes, mais afin de mieux distinguer lesrseaux mis en place au CERN il est prfrable de respecter les couleursrecommandes couramment utilises.

1) Couleur du Cble : une couleur par type de rseauIl est compos d'une paire de fils torsade et blinde d'impdance caractristique

de 150 Violet pour PROFIBUS Vert pour WorldFIP Bleu pour le rseau d'instrumentation (H1) avec protection intrinsque

pour PROFIBUS PA et pour FIELDBUS-FOUNDATION (FF) qui seraprobablement le bus d'instrumentation de WorldFIP.La vitesse de transmission est de 31.25 kbit/s.

Noir pour le rseau d'instrumentation (H1) sans protection intrinsque.

Nota : Pour information, la couleur orange est dj rserve pour les cblesoptiques et marron pour ETHERNET.

2) Cble Principal "Tronc" PROFIBUS DP (9,6 kHz 12 Mhz) WorldFIP (1Mbit/s et 2.5Kbit/s)

Impdance caractristique : 150 Capacit : < 30 pf/mImpdance de ligne : 110 /kmJauge : 0.64 mmSection : > 0.34 mm2

Couleur : Gaine extrieure : Violet pour PROFIBUS

Vert pour WorldFIP Conducteurs : Rouge et Vert

Un de ces 4 cbles est disponible en permanence au Magasin CERN sous le SCEM : 04.21.60.020.4 pour PROFIBUS sous le SCEM : 04.21.60.120.1 pour WorldFIP

3) Cble pour "Drivation" WorldFIP

Il faudra utiliser un cble 2 paires de fils torsades, blindes de 150 et multi-brinspour la ralisation de "Drivations" plus souples et "non cassantes".

54) Cble "protection intrinsque " (ou non) pour PROFIBUS PA et WorldFIP (FF) 31.25kbit/s

Impdance caractristique : 100 Impdance de ligne : 44 /kmJauge : 0.64 mmSection : > 0.8 mm2Couleur : Bleu pour application EX

Noir pour applications non EXRfrences :

Belden : Cble PROFIBUS PA 3076F LSNH Kerpen : Cble pour PROFIBUS PA FB-02YS(St+C)H

Nota : Ces cbles suivent la Norme IEC-1158-2. Le cble de "Drivation" nest pas choisi pour le moment.

6 5) Outil de dnudage de cblage rapide "FastConnect"

Loutil "FastConnect", permet de prparer rapidement l'extrmit du cble raccorder sur le connecteur.

Cet outil ncessite l'utilisation dun cble spcifique.

Rfrences : Outil : SCEM 34.94.36.320.2 Cble : Standardis au CERN sous les rfrences cites prcdemment.

7Guide dinstallation

WorldFIPRaymond BRUN

LHC-IAS

8RECOMMANDATIONS POUR LINSTALLATIONDUN RESEAU WORLDFIP

La figure 1 reprsente les diffrents lments d'un rseau WorldFIP type au CERN.

Figure : 1

Terminaison 150 OHM

BUS WorldFIP 1 MHz et 2.5 MHz

PLCPremium

(Acc7)

11a

3

1

2

(Acc4) (Acc4)

(Acc2) (Acc2)7

EtancheMtallique

+ 1 SUB_D9

Botier deDrivation

L1 L2

L3

SUB_D9Femelle

ConnecteurMtallique

Cable 1 paire torsadeblinde 150 Ohm

Ln-1 Ln

Cable 2 paires torsades blindes

150 Ohm

Distance maxi : 5 Km thorique mais 1 Km conseille

Nota : La distance maxi est gale la somme des distances L1 Ln

RR

Botier deDrivation

(Tronc)

(Drivation)

EtancheMtallique

+ 1 SUB_D9

ConnecteurMtallique

(Acc4) (Acc4)

ConnecteurMtallique

(Acc2)(Acc2)

(TSXFPCG10)

PCMCIA Module(TSXFPP10)

R

Terminaison 150 OHM

(Acc7)

11

11b

Terminaison 150 OHM

9BOITIER DE RACCORDEMENT "TAP" [Ref. 1]Repre 3 : Botier de drivation mtallique IP 65. Il possde en plus un connecteurfemelle SUB-D 9 contacts pour la connexion de tout quipement se raccordant au busvia une carte PCMCIA (TSXFPP10) implante dans un automate Schneider.

Code : TSX FP ACC 4.

CONNECTEURRepre 7 : Connecteur femelle SUB-D 9 contacts et capot mtallique permettant leraccordement en chane ou en drivation.

Code. : TSX FP ACC 2

TERMINAISON DE LIGNERepre 11 : Elle a pour rle d'adapter la fin du rseau sur son impdancecaractristique (150) afin d'viter toute rflexion. Elle peut tre implante sur leconnecteur lui-mme (Repre 11a) ou dans une bote de drivation (Repre 11b).

Code : TSX FP ACC 7

10

REPETEUR DE BUS "CUIVRE"

Repre 8 : Le rpteur de bus Schneider est reprsent sur la figure 2.Il permet d'accrotre le nombre de stations ou la longueur du rseau par la cration desegments supplmentaires d'une longueur de 1000 mtres maximum. Il est possible decascader au maximum 4 rpteurs permettant une longueur de rseau de 5000m.

Code : TSX FP ACC 6.

Nota : Le rpteur doit tre aliment en tension . Il est prvu pour une vitesse de1Mbit/s.

Figure : 2

R

+/- 24V*

8

R R

+/- 24V*

8

R

R

150 Ohm

R

150 Ohm

* Alimentation DC redresse mais non filtre (+19 V + 36 V )

( 256 Stations Maxi)

Repeteur Repeteur

150 Ohm150 Ohm150 Ohm150 Ohm

1000 m max

32 Stations

1000 m max

32 Stations

1000 m max

32 Stations

REPETEUR ELECTRIQUE 1 MHz SCHNEIDER( 32 Stations ou 1 Km )

1111

11

Repre 12 : Idem pour le rpteur Alstom reprsent sur la figure 3.

Code : RP131 / IR 155-1CIl doit tre aliment en 24V et est prvu pour une vitesse de 2.5Mbit/s.

Code : RP131 / IR 155-2CIl doit tre aliment en 48V et est prvu pour une vitesse de 2.5Mbit/s.

Nota : Le rpteur RP131 peut galement fonctionner 1Mbit/s et 31.25kbit/s

Figure : 3

R

150 Ohm

( 256 Stations Maxi)700 m max

32 Stations

700 m max

32 Stations

700 m max

32 Stations

REPETEUR ELECTRIQUE 2,5 MHz ALSTOM( 32 Stations ou 700 m )

R

150 Ohm

R

R

150 Ohm

R

150 Ohm

150 Ohm

12 IR155-2C 12 IR155-2C

R

150 Ohm

Rpteur RP131 / IR155-2C (48V) / IR155-1C (24V)12

R. BRUN et D. GLENAT le : 4-4-2000

Segment No 1

Segment No 2

Segment No 311 11

1111

11 11

12

REPETEUR DE BUS OPTIQUE

Repre 9 : Le rpteur optique reprsent sur la figure 4, permet d'interconnecter dessegments cuivre via une liaison en fibre optique. Cette dernire est utile pour :

la traverse de zones perturbes les liaisons longues distances le raccordement d'quipement optique.

Code : TSX FP ACC 8M.

Nota : il doit tre aliment en tension comme le rpteur cuivre et est prvu pour unevitesse de 1Mbit/s.

Figure : 4

* Alimentation DC redresse mais non filtre (+19 V + 36 V )

R

R

R

R

TerminaisonACC 7

TerminaisonACC 7

+/- 24V*+/- 24V*

Coupleur Cuivre / Optique

150 Ohm150 Ohm

Liaison Optique

99Distance

jusqu' 30km

9

11

11 11

11

13

CONVENTION DE RACCORDEMENT

Les conventions de raccordement des conducteurs actifs et blindage sont : Raccordement des conducteurs : Voir Annexe 1 et 2 Blindage et mise la terre du rseau : Voir Annexe 2 et 3. Rayon de courbure minimum du cble gal dix fois son diamtre, soit 80

100mm.

Nota : D'autres recommandations relatives ce chapitre son dtailles dans deuxnotes, une de Schneider [1], l'autre d'Alstom [2].

VITESSE ET DISTANCE

Suivant les conditions d'emploi (ambiance, qualit du cble), les distances maximalesoprationnelles seront les suivantes :

Avec un rseau cuivre 31,25 kbit/s : de 5 20km 1 Mbit/s : de 1 4km 2.5 Mbit/s : de 500m 1,5km

Dans la pratique, pour se prmunir de tout problme, les distances maximales retenuessont les suivantes :

31,25 kbit/s : 10km 1 Mbit/s : 1km 2.5 Mbit/s : 700m

Avec un rseau optique 31,25 kbit/s, 1 Mbit/s et 2,5 Mbit/s : 40km

CONCLUSION

Pendant toute la construction du LHC, les cbles et botes de drivation relatifs aurseau WorldFIP seront tenus en stock au magasin.

REFERENCES

[1] Schneider Electric :Plate-forme d'Automatisme Premium / Catalogue Aot 99

[2] Alstom-Cegelec / WorldFIP :Design and installation Manual / ALS 50414 b-en / edition 03-98

14

Annexe 1 :

Rseau du laboratoire WorldFIP(Exemple de connexion et de mise la terre)

Voir galement site WorldFIP CERN :http://wwwlhc.cern.ch/IAS/Frames/WS_Frames.html

femelle femelle femelle

ConnexionCble WorldFIP

+ -

Module microFIP CC131

PC FIPDesigner

SUB DB 9 Femelle

MBX 1000

MaleMale Male

Au moins un point direct la terreLes autres (le maximum) traversun condensateur "haute tension"

normalement implant sur chaque moduel WorldFIP

(pont de connexion -a- ou -b-)

76

pont de connexiondu blindage

a b

15

Annexe 2 :

Raccordement du cble rseau(Extrait du "Manuel de rfrence FIPIO")

1- Prparation des cbles.

dgainer le cble sur une longueur d'environ 5 cm, couper la tresse au niveau de la reprise de masse, mettre en place le collier de reprise de masse (la position du collier sur le cble

doit tenir compte de sa fixation dans le connecteur, droite ou gauche du cble), sectionner le feuillard et les joncs incolores pour dgager les conducteurs, dnuder chacun des conducteurs sur une longueur d'environ 5 mm et les quiper

avec les embouts fournis.

16

2- Raccordement des connecteurs TSX FP ACC2

On distingue deux types de raccordement pour un quipement WORLDFIP/FIPIO : lechanage et la drivation. La norme WorldFIP dfinissant la couche physique nepermet pas de "drivation lectrique pure". De ce fait, tous les quipementsWORLDFIP/FIPIO sont raccords lectriquement sur la paire torsade blinde au plusproche.

Dans le cas d'une installation ncessitant une drivation, celle-ci sera obtenue par uncble "aller-retour" dit "drop" (2 paires)

17

3- Cblage des connecteurs

Le raccordement des diffrents cbles s'effectue par un bornier vis. La mise enuvre est la suivante :

1- ouvrir le connecteur,2- prparer les cbles comme dcrit prcdemment, puis serrer chaqueconducteur dans le bornier vis, en respectant le pairage et la polarit desconducteurs :Rouge (+) / Vert (-) et Orange (+) / Noir (-). Les dessins de cblage ci-aprsillustrent les diffrents types de raccordements possibles (chanage oudrivation),3 - fixer le ou les colliers de reprise de masse dans le connecteur en prenant soinde ne pas pincer les conducteurs,4 - enlever le ou les opercules situs sur le couvercle afin de librer le passagedu ou des cbles,5 - remettre en place le couvercle et le fixer.

Raccordement par chanage

Si l'quipement quip du connecteur est positionn en dbut ou en fin de segmentWORLDFIP/FIPIO, seul le cble 1 est raccord au botier. Dans ce cas, le cble 2 estobligatoirement remplac par une terminaison de ligne non polarise TSX FP ACC7.La fixation des colliers de reprise de masse interdit d'avoir l'arrive des cbles face face. Ils doivent arriver soit du mme ct (gauche ou droite) soit dcals l'un parrapport l'autre.

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Raccordement par drivation

Dans ce dessin le cble 1 est un cble de drivation de type TSX FP CCxxx.Si la drivation est ralise par 2 cbles de type TSX FP CA/CR xxx, le raccordementest le mme que pour le chanage. Dans ce type de configuration, le cble peut arriverindiffremment par la gauche ou la droite, le bas ou le haut.

4 - Raccordement des botiers de drivation TSX FP ACC4

Le raccordement des diffrents cbles s'effectue par des borniers vis, un bornier parpaire torsade. La mise en uvre est la suivante :

1 - ouvrir le botier de drivation,2 - prparer les cbles comme indiqu prcdemment puis les faire passer dansles presses-toupes,3 - mettre en place sur chaque cble un collier de reprise de masse. La positiondu collier sur le cble doit tenir compte de sa fixation dans le botier ( droite ou gauche du cble),4 - serrer chaque conducteur dans le bornier vis en respectant le pairage et lapolarit des conducteurs : Rouge (D+) / Vert (D-) ou Orange (D+) / Noir (D-),5 - fixer les colliers de reprise de masse puis serrer les presse-toupes traversspar un cble ou une terminaison de ligne,6 - remettre en place le couvercle et le fixer.

Le botier de drivation TSX FP ACC4 possde galement un connecteur 9 pointsfemelle qui permet le raccordement :- d'un terminal muni d'une carte : TSX FPC 10 ou FCP FPC 10 et de son cordon deraccordement TSX FP CE 030,- d'un quipement muni d'une carte PCMCIA type 3 : TSX FPP 10, TSX FPP 20, ouFCP FPC 10 et de son cordon de raccordement TSX CG 010 / 030.

19

Les schmas ci-aprs montrent les diffrents types de raccordements possibles : chanages effectus avec du cble "tronc", raccordement d'une terminaison TSX FP ACC7, botier en attente, drivations effectues avec du cble "drop".

Chanage effectu avec du cble principal TSX FP CA/CRxxx

Dans ce cas, les drivations doivent treraccordes comme indiqu ci-contre.L'utilisateur pourra galement connecter unterminal de programmation sur le connecteurSUB-D aprs avoir enlev le bouchon quartde tour.

Raccordement dune terminaison TSX FP ACC7

Si le botier de drivation est en dbut ouen fin de segment, seul le cble T1 estconnect et une terminaison (non polarise)TSX FP ACC7 se connecte en lieu et placedu second tronon de cble.

Le raccordement s'effectue, selon que lebotier de drivation est en attente ouqu'une drivation est dj cble, commeindiqu ci-dessous. L'utilisateur pourragalement connecter un terminal deprogrammation sur le connecteur Sub-Daprs avoir enlev le bouchon "quart detour".

20

Botier en attente et Botier "cbl chanage"

1 Cble principal TSX FP CA/CRxxx,5 Terminaison TSX FP ACC7,(+) Correspond au fil rouge ou orange,(-) Correspond au fil vert ou noir.

21

Botier cbl en drivation

1 Cble principal TSX FP CA/CRxxx,2 Cble de drivation TSX FP CCxxx,5 Terminaison TSX FP ACC 7.(+) correspond au fil rouge ou au fil orange,(-) correspond au fil vert ou au fil noir.

Alimentation rsistante aux Radiations

La figure ci dessous reprsente une alimentation simple qui rsiste aux radiations.Elle est utilise sur le banc de test des PLCs Schneider dans la zone radiative enTCC2.

18 V AC220 V AC 26 V-DC

Transfo Torique : 220V/ 2x 10-12-15V 2,5A

Diode SI. REDR. GBPC

Condensateur Alu.ELC. Fix.CE :

40V : 10000 MF

Alimentation teste et rsistant aux Radiations

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Annexe 3 :

Blindage et mise la terre du Rseau WorldFIP (Recommandation ALSTOM)

LinTerminat

LinTerminat

Drop Drop

Trunk Trunk Trunk

PinPin

PinPin

23

Guide dinstallationPROFIBUS

J. Brahy LHC-IAS

24

Voir galement :

Les guides du groupement PROFIBUS

PROFIBUS Technical Guideline-Installation Guideline for PROFIBUS DP N 2.112PROFIBUS Guideline PROFIBUS Interconnection Technologie N 2.142

Le manuel Siemens

SIMATIC NET Rseaux PROFIBUS Rf. 6GK1970-5CA20-0AA0

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PROFIBUS DP

Distances autorises en fonction de la vitesse de transmission.

Dbits (kbits/s) 9.6 19.2 19.2 45.45 93.75 187.5 500 1500 3000 6000 12000Longueursegment (m)

1200 1200 1200 1200 1200 1000 400 200 100 100 100

Nombre maximum de stations par segment : 32

Exemple de rseau :

Les lments qui font lobjet dune recommandation dans un rseau DP sont- la terminaison active- les connecteurs (connecteur de bus ou botier de connexion)- le cble (voir le chapitre Cbles recommands au CERN )- les rpteurs

Terminaison active :Le bus est aliment par les stations places chaque extrmit, ce qui peut entranerdes problme en cas dintervention sur la dernire station. Pour viter cela, il estrecommand dutiliser une terminaison active en fin de ligne.

Rfrence Siemens :Elment de terminaison actif pour PROFIBUS 6ES7 972-0DA01-0AA0

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Connecteur de bus :Le connecteur de bus se place directement sur le systme dport ou le matre. Il peutrecevoir deux cbles pour le cblage en daisy chain .Il existe la version sans terminaison de fin de ligne et la version avec terminaison defin de ligne. Cette dernire bien que ntant pas ncessaire pour les stationsintermdiaires et quand mme recommande car la mise en service de la terminaisonprovoque lisolement des stations plus loignes, cet isolement de la partie qui setrouve en aval du connecteur termin facilite la mise en service progressive delinstallation et la recherche de problmes sur le bus.

Il existe galement une version avec connecteur de reprise ; elle permet de brancherune console de programmation pour tests ou dpannage sans avoir interrompre lebus.A utiliser lorsque ce besoin est exprim.

Les connecteurs recommands sont du type FastConnect :

Sans connecteur de reprise : Siemens 6ES7 972-0BA50-0XA0Avec connecteur de reprise : Siemens 6ES7 972-0BB50-0XA0

Convention de cblage :Connecteur Borne A Conducteur vertConnecteur Borne B Conducteur rouge

Prparation du cble pour connecteur FastConnect

Nota : Il nest pas ncessaire de dnuder lextrmit des fils.

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Botier de connexion 12M:

On peut utiliser ce moyen de connexion lorsquil est difficile damener le cble busdirectement sur lquipement dport.

Comme pour le connecteur de bus, la mise en service de la terminaison isole le restedu rseau.La longueur du cble de connexion lquipement terminal est de 1.5m.Lquipement terminal doit fournir le courant dalimentation du botier de connexion12M qui est de 90mA sous 5V.

Il est possible de connecter au maximum 32 BT12M sur un segment de bus.

Rfrence Siemens :Botier de connexion RS485 pour PROFIBUS 6GK1 500-0AA10

Prparation du cble pour le raccordement au botier de connexion et au rpteur.

28

Liste des quipement supportant le botier de connexion 12M

Rpteur :

Si les distances sont suprieures celles qui sont autorises pour un segment, il faututiliser des rpteurs.Le nombre maximum est de 9 soit 10 segments.

Rfrence Siemens :Rpteur RS 485 pour PROFIBUS 6ES7 972-0AA01-0XA0

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PROFIBUS PA

Vitesse de transmission : 31.25 kbits/sLongueur maximale dun segment : 1900m

Particularit de PROFIBUS PA

Le cble bus transporte lalimentation et la communication.

Courant dalimentation maximum circulant dans le cble :Zone Ex 100mA Zone non Ex 400mA

Longueur des cbles de drivation

Nombre de cbles Longueur maximale dun cble de drivationde drivation Coupleur DP/PA Coupleur DP/PA Ex

1 12 Maxi 120 m Maxi 30m13 14 Maxi 90 m Maxi 30m15 18 Maxi 60 m Maxi 30m19 24 Maxi 30 m Maxi 30m

On utilise le mme cble pour le tronc et pour les drivations.

30

Les lments qui font lobjet dune recommandation dans un rseau PA type sont- les raccords- les bouchons- le cble (voir le chapitre Cbles recommands au CERN)

Composants pour PROFIBUS PA

31

32

Rseaux avec fibre optique.

Dans certaines conditions- environnement bruyant- grandes distances- problmes de masseil est possible dutiliser un rseau optique. On utilise alors des OLM (Optical LinkModule)

OLM :Les OLM possdent un canal lectrique contact flottant (comme sur un rpteur) et,selon le modle un ou deux canaux optiques.Les OLM sont conus pour des vitesses de transmission de 9,6kbit/s 12Mbits/s. Lavitesse de transmission est automatiquement dtecte

Exemple de topologie linaire avec OLM

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Anneaux optiques redondants avec OLM

Les anneaux optiques redondants sont une forme particulire de la topologie linaire.Le bouclage de la ligne optique en un anneau confre au rseau une grandescurit de fonctionnement.

Composants pour rseau optique :

Cbles fibres optiques plastique Proprits des cbles fibres optiques plastique.

34

35

Cbles fibres optiques en verre Proprits des cbles fibres optiques en verre.

36

Les OLM existent en versions une ou deux interfaces optiques pour diffrents typesde cble FO :

- Les cbles FO plastique (980/1000 m) peuvent tre utiliss jusqu une longueurde tronon de 80m. Ils peuvent tre quips de connecteurs BFOC sur site.

- Les cbles FO PCF (200/300 m) peuvent tre utiliss jusqu une longueur detronon de 400m. Ils sont proposs pr-quips de 4 connecteurs BFOC et duneaide au tirage.

- Les cbles fibres optiques multi-modes en verre (62,5/125 m) sont utilisablespour couvrir des distances jusqu 3000m. Ils sont proposs pr-quips de 4connecteurs BFOC.

- Les cbles fibres optiques mono-modes (10/125 m) sont utilisables pour de trsgrandes distances jusqu 15 km.

37

Modules OLM disponibles chez Siemens.

Nombre de ports et distances utilisables pour les diffrents OLM.

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Remerciements

R. RAUSCH, pour ses conseils constructifs et sa riche exprience sur les rseaux deterrain.