Introduction aux réseaux de communication industrielsboite aux lettre Prise en charge par le service ramassage tri et mis en sacc Chargement des sacs dans le moyen de transport Mise

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Réseauxde communication industriels

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TOPOLOGIE DES RESEAUXChapitre 3 : Topologie des reseaux

L'architecture d'un réseau comprend deux composantes:

LA TOPOLOGIE : Elle caractérise la configuration des voies de transmission existant entre les différentes stations.

LA REPARTITION DES FONCTIONS DU PROTOCOLE : Elle définit si toutes les stations ont les mêmes fonctions ou, si une remplit le rôle de maître tandis que les autres sont des esclaves.

L'architecture d'un réseau détermine les caractéristiques suivantes:

LA CONNECTIVITE : Possibilité que possède une station de pouvoir établir la liaison " le dialogue" avec d'autres stations (connectivité totale ou partielle).

LA DIFFUSION : Possibilité d'émettre, ˆ partir d'une station, un message vers l'ensemble des autres stations.

LA RECONFIGURATION : Possibilité d'insérer ou de retirer une station du réseau, la reconfiguration pouvant s'effectuer pendant le fonctionnement ou non du réseau.

LA SURETE DE FONCTIONNEMENT : Définit les conséquences de la défaillance d'une voie de transmission ou d'une station sur le fonctionnement du réseau.

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Les 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)

Chapitre 3 : Topologie des reseaux

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Le modèle ISOChapitre 3 : Le modèle ISO

L'organisme de normalisation internationale I S O (International Standard Organization), a lancé en 1977 les travaux de définition d'un modèle de structuration du protocole pour l'interconnexion des systèmes ouverts, appelé modèle O S I (Open Systems Interconnection).

OBJECTIFS: 1) Proposer une architecture téléinformatique standard. 2) Servir de base pour la coordination du développement de normes d'interconnexion de systèmes hétérogènes.

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PRESENTATION DU MODELE

Chapitre 3 : Le modèle ISO

Quand deux personnes souhaitent communiquer elles doivent respecter un protocole précis. Il se décompose logiquement en sous ensembles qui répondent chacun à un type de préoccupationCes sous ensembles sont adjacents deux à deux et constituent chacun une couche du protocole global.

Transciption du message sous forme d‘une lettre

Message à transmettreMessage à transmettre

Poster l‘enveloppe dans une boite aux lettre

Prise en charge par le service ramassage

tri et mis en sacc

Chargement des sacs dans le moyen de transport

Mise de la lettre dans une enveloppe avec adresse et timbre

Lecture du message sous forme d‘une lettre

Message exploitéMessage exploité

Triage par rue par le facteur

Triage par tournée

Ouverture des sacs et tri en fonction des côdes potauxdéchargement des sacs dans le moyen de transport

Distribution dans la boite correspondant à l‘adresse indiquée

Support du moyen de transport

RESEAU

PHYSIQUE

LIASON

TRANSPORT

SESSION

APPLICATION

PRESENTATION

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Modèle d'architecture à 7 couches pour l'interconnexion des systèmes ouverts. Chaque couche offre ses services à la couche supérieure et utilise la couche inférieure pour exécuter son travail.

6

7

4

3

2

1

5

6

7

4

3

2

1

5

RESEAU

PRESENTATION

PHYSIQUE

LIASON

TRANSPORTSESSION

APPLICATION

Support physique d‘interconnexion

STATION 1 COUCHES STATION 2

Couches orientées

Vers le traitement

De l‘information

Couches orientées

Vers la communication

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La couche 6 (la représentation) : Elle présente les données dans un format reconnaissable par l'application (conversion de codes ou de formats de données, sélection de la syntaxe, compression et cryptage des données).

La couche 7 (l'application) : Son rôle est de fournir aux applications résidentes tous les moyens de dialogue. Il s'agit par exemple d'une interface utilisateur.La couche 7 (l'application) : Son rôle est de fournir aux applications résidentes tous les moyens de dialogue. Il s'agit par exemple d'une interface utilisateur.

La couche 4 (le transport) : C'est la frontière entre le monde de la transmission (couches 1, 2 et 3) et celui de l'application (couches 5, 6 et 7). Elle définit les protocoles permettant de garantir les transferts de messages "longs" avec un maximum de sécurité (détection de perte d'information, segmentation des messages, contrôle des erreurs, contrôle de flux).

La couche 3 (le réseau) : Elle définit les mécanismes du routage c'est à dire de transfert des paquets d'information d'une station à l'autre

La couche 2 (la liaison de données) : Elle détecte et corrige les erreurs de transmission, établit les connexions logiques entre les entités.

La couche 1 (couche physique) : Elle décrit les règles mécaniques et électriques d'accès au média (représentation physique des données, encodage, vitesse et type de transmission etc

La couche 5 (la session) : Elle offre les moyens d'organiser et de synchroniser le dialogue entre abonnés.

Couches orientées

Vers le traitement

De l‘information

Couches orientées

Vers la communication

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Description du modèle OSIISO = International Organization for Standardization

COUCHE PRESENTATION

6 Transcodage du format : pour permettre à des entités de nature différente de dialoguer (ex: PC / Mac)

COUCHE APPLICATIONCOUCHE APPLICATION

77 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 fluxGestion 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


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Le modèle OSI avec tous ses avantages de complétude et de clarté a montré dès ses premières applications une lourdeur pénible et des temps de réponses assez longs dans les communications industrielle, vu la complexité de quelques couches et l’inutilité de quelques autres.

Des versions réduites sont apparues pour palier ces problèmes, ces versions essayent de ne garder des couches OSI que l’essentiel.

Couche application : que faire des données échangés.Couche présentation : mêmes représentations, inutileCouche session : inutileCouche transport : communication directe, inutileCouche réseau : le même réseau, inutileCouche liaison : comment communiquer .Couche physique : moyen de communication.

Le modèle OSI réduit ne comporte donc que trois couches : Application, liaison,physique..

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Le modèle (IEEE 802) Chapitre 3 : Le modèle ISO

Il en résulte un modèle (IEEE 802) à trois couches : PhysiqueLiaison :Application


Le modèle (IEEE 802) Chapitre 3 : Le modèle ISO

la couche 2

Pour les réseaux locaux industriel, l'utilisation des topologies en bus ou en boucle implique une gestion sophistiquée des accès à la voie de transmission.La couche LIAISON comprend deux sous couches.

LIAISON

LCC : Logical link Control

MAC : Médium Accés ControlMAC (contrôle d'accès au médium) : Règle les accès au support de communication (aléatoire CSMA/CD, par consultation, jeton).

LLC (contrôle de liaison logique) : utilise la couche de contrôle d'accès au médium pour offrir à l'utilisateur des services tels que l'émission et la réception de trames, l'établissement et la ermeture des connexions logiques, la détection des erreurs de séquencement de trames et le contrôle de flux.


Définition d’une coucheChapitre 3 : Le modèle ISO

Une couche est définie par deux éléments:

Le protocole: Ce sont les règles de dialogue entre les entités communicantes pour les préoccupations affectées à cette couche uniquement. Le dialogue est qualifié d'horizontal.

Le service: Ce sont les règles de dialogue entre la couche considérée et la couche adjacente supérieure sur une même entité. Le dialogue est vertical.


Définition d’une coucheChapitre 3 : Le modèle ISO


Comment ça marcheChapitre 3 : Le modèle ISO

A l’émission chaque couche rajoute des éléments à l’information, c’est le processus d’encapsulation.Ces éléments seront utilisés à la réception par les couches de même niveau pour restituer les données à l’utilisateur, c’est la désencapsulation.


Exemples de trames respectant le modèle ISO

46 à 1500

Préambule

AD

. Destin.

Ad. Source

Couches application

ContrôleFC

S

8Octets 6 6 2 4

LL

C

IP

TC

P

20 20

FTP, HTTP , SMTP Modbus etc...

Trame Etenrnet TCP-IP

Trame Modbus RTUDemande de lecture des mots numéro W5 et W6 de l ’esclave adresse 7

Codefonction

= 3

1Octets 1 2Numéro

du 1er mot= 5

Nombtre de mots à lire

= 2

Adr.esclave

= 7CRC 16

2 2



TCP/IP et OSI modéleChapitre 3 : Le modèle ISO


Les principaux supports utilisésQuelques standards électriques en paire torsadéeLes différentes topologies

Les supports physiques

Chapitre 4 : Les supports physiques


Les 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 isolantede matériau plastique. Le câble coaxial a d’excellentes propriétés électriques et se prête aux transmissions àgrande vitesse.

La fibre optiqueCe n’est plus un câble en cuivre qui porte les signaux électriques mais une fibre optique qui transmet des signauxlumineux. 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 :





Les transmissions pour les stations mobiles (chariots de transport autonomes filoguidés), sont des cas particuliers qui utilisent des couplages magnétiques ou optiques non permanents, ou des propagations d'ondes infrarouges dans l'air.

Modem radio UHF :- 10mW, de 300 à 9600 B/s,- utilisable de plein droit,-110/65/26 mm.

Emetteur/Récepteur Laser :- Communication numérique en full duplex,- 20 mW, jusqu'â 34 Mb/s sur 2000 m - raccordement sur fibre optique.


Quelques 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.



Performances des different medias



Couche physiqueElle décrit les interfaces mécaniques et électriques pour l'échange des signaux porteurs des informations.

Une liaison simple du type point à point comprend généralement trois parties essentielles:


Les ETD Equipement de Traitement de Données. Ex: ordinateur, automate, terminal intelligentLes ECD Equipement de Circuit de Données. Ex: convertisseurs de signaux, modems, multiplexeursLes MEDIAS Ex: paire métallique, coaxial, fibre optique.


Les types de transmission

Chapitre 1 : Notions de base

Transmission simplex : mono-directionnel

Transmission half duplex : bi-directionnel alterné

Transmission full duplex : bi-directionnel simultané


Les types de transmission

Chapitre 1 : Notions de base

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.


Les types de transmissionLIAISON PARALLELE

La liaison parallèle est surtout employée à l'intérieur des systèmes informatiques via un BUS.BUS = ensemble de lignes donnant accès aux données internes du système à microprocesseur.

BUS VME = Versa Module Eurocard - normalisé " européen" - supporte des systèmes mono ou multi processeurs de 8 ou 16 ou 32 bits. - autorise des transferts jusqu'à 20 MHz et 20 Moctets/seconde. - protocole de transfert asynchrone non multiplexé. - gestion de 7 niveaux d'interruptions.



Les types de transmission série asynchroneChapitre 1 : Notions de base

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.


Les types de transmission série


TRAITEMENT DU SIGNAL

L'étude du transport de l'information nécessite de connaître:

1) Les supports de transmission (bande passante). 2) La méthode utilisée pour transmettre l'information sur le support. - Transmission en bande porteuse Les données représentées par une suite de bits sont codées en un signal électrique suite de niveaux tension ou courant- Transmission en bande de base Avec le signal bande de base on module un autre signal sinusoïdal.



TRANSMISSION EN BANDE DE BASECODAGES BIPOLAIRES NRZ / NRZI

L'information binaire à transmettre est CODEE sous forme d'un signal CARRE appliqué directement sur le support.Avantages: - simplicité de mise en œuvre. - coût relativement faible. Inconvénients: - utilisation sur courtes distances avec des débits faibles à moyens - atténuation des signaux. - bande passante limitée vers les hautes fréquences. - problème quand on à une suite de 1 ou de 0.



CODAGES BIPHASESLe signal codé est une combinaison entre le signal d'horloge est le signal à émettre. La période d'horloge correspond à la durée d'un bit.

1) MANCHESTER I (BIPHASE)

MANCHESTER II (BIPHASE DIFFERENTIEL)

Son objectif et de garantir la synchronisation de l’émetteur et le récepteur en

minimisant les silences (les longues séries de 1 ou de 0). C’est un code assez utilisé dans les

réseaux industriels, son principe consiste à traduire chaque ‘0’ en un front montant et

chaque ‘1’ en un front descendant. Pour ce faire, on utilise une fonction non ou exclusif

entre l’horloge et la donnée.si 0 S n = S n-1 (on recopie le signal précédent). si 1 S n = - S n-1 (on inverse le signal précédent).



MANCHESTER II (BIPHASE DIFFERENTIEL)si 0 S n = S n-1 (on recopie le signal précédent). si 1 S n = - S n-1 (on inverse le signal précédent).



TRANSMISSION EN BANDE PORTEUSE

L'information binaire est modulée (on associe aux signaux binaires " données" un signal sinusoïdal " porteuse") et démodulée (fonction réciproque).On utilise pour cela des MODEMS.La porteuse peut être modulée suivant plusieurs techniques.

MODULATION DE PHASELes deux états 0 ou 1 du signal à transmettre sont représentés par des angles de phase (0° et 180°).Si la donnée est à 0 alors le signal est en phase avec la porteuse.Si la donnée est à 1 alors le signal est en opposition de phase avec la porteuse.



MODULATION D'AMPLITUDELes deux états 0 ou 1 du signal à transmettre sont représentés par des amplitudes (A et A/2).

Si la donnée est à 0 alors amplitude du signal égale A / 2.Si la donnée est à 1 alors amplitude du signal égale A



MODULATION DE FREQUENCE

Les deux états 0 ou 1 du signal à transmettre sont représentés par des fréquences (f et 2f ).

Si la donnée est à 0 alors fréquence du signal égale 2f.Si la donnée est à 1 alors fréquence du signal égale f.


Maître - Esclave

Anneau à jeton

Accès aléatoire

Les principaux moyensd ’accès au médium

Chapitre 5 : Les principaux moyens d ’accès au médium


Maître - Esclave

MAITRE ESCLAVE

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



Anneau à jeton = Token ring

Les membres d ’un ANNEAU logique ont l ’autorisation d ’émettre lors de la réceptiondu jeton (une trame de 3 octes).

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



Accès 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 AccessSe situe au niveau de l ’accès au médium



CSMA/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 collision

Ex : Ethernet

Ex : CAN



Client - ServeurProducteur - ConsommateurTypes de trafficNotion de profil

Les concepts utilisésau niveau application

Chapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application



Client - 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)


Producteur - 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



Types 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.



Système ouvertChapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application

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.


Notion de profilChapitre 6 : Les concepts utilisés au niveau application

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 caractérisriques 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...



Extrait du fichier EDS CANopen TEGO Power Quickfit[FileInfo]CreatedBy=Martin RostanModifiedBy=Martin RostanDescription=EDS for Tego Power CANopenCreationTime=10:05PMCreationDate=01-17-2001ModificationTime=10:35PMModificationDate=01-17-2001FileName=F:\Produkte\Tego Power\APP1CCO0FileVersion=1FileRevision=1EDSVersion=4[DeviceInfo]VendorName=Schneider Electric SA (France)VendorNumber=90ProductName=APP-1CCO0ProductNumber=1RevisionNumber=1OrderCode=APP-1CCO0BaudRate_10=0BaudRate_20=0BaudRate_50=0BaudRate_125=1BaudRate_250=1BaudRate_500=1BaudRate_800=0BaudRate_1000=1

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[1000]ParameterName=Device TypeObjectType=0x7DataType=0x0007AccessType=roDefaultValue=0x30191PDOMapping=0

Folie 1Folie 2Folie 3Folie 4Folie 5Folie 6Folie 7Folie 8Folie 9Folie 10Folie 11Folie 12Folie 13Folie 14Folie 15Folie 16Folie 17Folie 18Folie 19Folie 20Folie 21Folie 22Folie 23Folie 24Folie 25Folie 26Folie 27Folie 28Folie 29Folie 30Folie 31Folie 32Folie 33Folie 34Folie 35Folie 36Folie 37Folie 38Folie 39Folie 40Folie 41Folie 42Folie 43Folie 44Folie 45Folie 46Folie 47Folie 48Folie 49Folie 50

Documents

Introduction aux réseaux de communication industrielsboite aux lettre Prise en charge par le service ramassage tri et mis en sacc Chargement des sacs dans le moyen de transport Mise