Plan du cours (7) - ACCEUILclasses2010-2011.e-monsite.com/medias/files/cours-isi-part-6-2017.pdf · Instruments de mesure (Power meter/Power ... ou Système de Gestion des Processus

Plan du cours (7)

Chapitre VI: MODBUS

1. Historique.

2. Variantes du bus MODBUS.

3. Modbus et modèle ISO.

4. Couche physique: médium, topologie, distance, débits, équipements,

connectiques.

5. Couche liaison: caractéristiques générales, méthode de transmission

client/serveur, types et formats de la trame.

6. Couche application: classes d’implémentation.

7. Exemples de produits MODBUS et exemple d’application.

8. Points forts/points faibles.

188

Historique

Chapitre VII: MODBUS

• Le protocole MODBUS est une structure de messagerie créée

par MODICON en 1979 pour connecter des automates à des

outils de programmation.

• Ce protocole est de nos jours largement utilisé pour établir des

communications de type maître/client vers esclaves/serveurs

entre équipements intelligents.

• MODBUS est indépendant de la couche physique: Il peut

être implémenté sur des liaisons RS232, RS422, ou RS485,

ainsi que sur une grande variété d’autres médias (ex: fibre

optique, radio, etc...). 189

Variantes de MODBUS

• Il existe 3 variantes de MODBUS:

1) MODBUS liaison série: sur liaison série fonctionnant de 1200 à

56 kbits/s avec une méthode d’accès maître/esclave.

2) MODBUS +: est un bus fonctionnant à 1 Mbit/s basé sur une

méthode d’accès par anneau à jeton.

3) Ethernet TCP/IP MODBUS: utilise le protocole TCP/IP et Ethernet

10 Mbit/s ou 100 Mbits/s pour transporter une trame MODBUS.


190

MODBUS liaisons série

• 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.

– 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.


191

Ethernet TCP/IP MODBUS

• Les protocoles TCP (Transmission Control Protocol)/IP (Internet Protocol)

sont habituellement utilisés pour le transport de données sur internet.

• Quand ces protocoles sont associés à Modbus, une information

additionnelle est affectée à la donnée par TCP (appelée « MBAP header »).

Ensuite IP la place dans un paquet (ou datagramme) et la transmet.

• TCP doit établir une connexion avant de transmettre la donnée. Le maître

(également appelé client) établit alors une connexion avec l’esclave

(également appelé serveur). Une fois cette connexion est établie, le serveur

répond aux demandes du client, jusqu’à fermeture de la connexion par le

client.


192

Ethernet: Pourquoi?

• Coût réduit, transmission possible par câble RJ45, fibre optique ou

sans fil. Débit allant jusqu’à 100Mbits/s. Transmission du type Full

Duplex.

• Pour l’intelligence embarquée, Ethernet rend possible l’intégration de

services TCP/IP pour la configuration, le diagnostic, les alertes...

• Lien simplifié vers IHM, MES, ERP, SCADA...

• Echanges entre équipements de modèles différents.

• Transmission de l’alimentation via le câble.


193

MODBUS série et modèle ISO

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

7

6

5

4

3

2

1

MaMaîître / Esclavetre / Esclave

Modbus

RS485RS485


194

MODBUS + et modèle ISO

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

7

6

5

4

3

2

1

Anneau Anneau àà jetonjeton

Modbus

RS485RS485


195

Ethernet TCP/IP MODBUS et modèle ISO

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

7

6

5

4

3

2

1

CSMA / CDCSMA / CD

ETHERNETETHERNET

Modbus

TCP

IP


196

• Médium: Typiquement une paire torsadée blindée.

• Topologie: bus avec dérivations et terminaisons de

fin de ligne.

• Longueur maximale: 1.3 km sans répéteur.

• Débit: 9600 ou 19200 bits/s (56 kbits/s sur certains

produits).

• Nombre maxi d’équipements: 32 = 1 maître + 31

esclaves.

Couche physique


197

Connectiques

DB-25 ou DB-9

(série RS422/485/232)

RJ 45

(Ethernet)

198


Couche de liaison (1): Caractéristiques générales

• Méthode d ’accès au médium: Maître / esclave.

• Méthode de transmission: Client / serveur.

- Le maître est client, l’esclave est serveur.

- L’échange de données nécessite un

programme applicatif.

• Taille maxi des données utiles: 128 mots (256 octets).

199


Couche de liaison (2): Méthode client-serveur

200

• Le CLIENT est une entité demandant un service sur le réseau (une

requête). Une programmation des requêtes est nécessaire. Tous les clients

sont actifs.

• Le SERVEUR est l’entité qui répond à la demande d’un client. Le serveur

est complètement passif.

Réponse

Requête

Serveur donnéesServeur application

Base de données

Client


Recherche

Résultat

Programmation des requêtes

Equipement 1

Equipement 2

Equipement n

Processeurautomate

Coupleur de communication

Bus

Emplacement mémoireinterne applicative

%MW

Mémoire tampon

READ_VAR

WRITE_VAR

Echangesactivés par

requête

SEND_REQ

Echangesactivés par le

coupleur suite à la demande programme


201

Couche de liaison (3): Types de trames• La trame MODBUS existe en 2 versions :

• Mode ASCII:

Chaque octet de la trame est transmis sous la forme de 2 caractères ASCII.

• Mode RTU (Remote Terminal Unit/Unité Terminale Distante):

Chaque octet de la trame est transmis sous la forme de 2 caractères

hexadécimaux.

• Le principal avantage du mode RTU est qu’il transmet plus rapidement les

informations.

• Le mode ASCII permet d’avoir un intervalle de temps d’une seconde entre 2

caractères consécutifs, pour ne pas générer d’erreur de transmission.


202

203

Couche de liaison (4): Formats de trames

MODBUS RTU/MODBUS ASCII

Adresse CRC16DataFonctionsilence silence

Modbus RTU

Adresse LRCDataFonction: CR LF

Modbus ASCII

1 octet 1 octet 256 octets 2 octets>=3caractères

>=3Car.

1caractère

2Car.

1Car.

0-2x252 caractères2

Car.1

Car.2

Car.

Stop

Start Stop

Start

PDU (Protocol Data Unit)


204

Couche de liaison (5): Formats de tramesMODBUS RTU/MODBUS TCP/IP

Identificateur du message

(2 octets)

Identificateur du protocole(Tjrs 0000h)

Nombre d’octetsdans le message

(2 octets)

Identificateurde l’esclave

(1 octet)


205Reset de l’esclave après erreur13h

.

.

.

.

Ecriture de 1 bit de sortie

Ecriture de 1 mot de sortie

05h

06h

Lecture de n mots d’entrée

consécutifs

04h

Lecture de n mots de sortie consécutifs

03h

Lecture de n bits de sortie consécutifs01h – 02h

Fonction MODBUSCode

Couche de liaison (6): Liste des fonctions

19fonctions


• Exemple: Lecture par le maître des mots W450 à

W456 sur l’esclave n°2:

206

02h XXXX01 C2h -….-01 C8h03hsilence silence

Adresseesclave

CodeFonction

7 mots = 14 octetsà lire par le maître

CRC16

Couche de liaison (7): Exemple

450 456


PDU

MODBUS RTU

207

Couche de liaison (7): Suite exemple


0001 0000 000E 02 030000 000E 02 03 01 C2h -….-01 C8h

ADU: Application Data Unit

PDU: Protocol Data Unit

MBAP: Modbus Application Protocol

Couche application: Classes d’implémentation

• Les classes d’implémentation définissent une liste de requêtes MODBUS

à supporter par l’équipement pour garantir une interopérabilité des

produits.

• Les classes d’implémentation sont équivalents aux profils pour les bus

AS-i et CANopen.

• On distingue 2 classes d’implémentation différentes:

1) Classe « Basic »: contient des fonctionnalités basiques.

2) Classe « Regular »: se caractérise par la possibilité de configuration.

208


Classes d’implémentation

209

_RJ45Type du connecteur:

RS232

RS485 2 fils ou 4 fils

RS232

RS485 2 fils

Interface électrique:

RTU + ASCIIRTUMode:

Configurable: paire, impaire,

pas de bit de parité

Parité paireParité:

Typ.: (9600, 19200) + autres

débits configurables

9600 (19200

possible)Débit (kb/s):

Adressage:

Critères

Idem que pour BasicAdresse des

esclaves

configurable de 1 à

31

Classe

Regular

Classe Basic


Exemples de produits MODBUS (1)

Répartiteur MODBUS Coupleur MODBUS

(RS485/Ethernet)

Modules d’E/S


210


Réseau MODBUS RS485

Réseau Ethernet TCP/IP

Passerelle

Ethernet/RS485


211

Centrale de mesure

(8 entrées analogiques configurables en

thermocouples, Pt100,Pt1000, courant, tension)

Instruments de mesure

(Power meter/Power monitoring)


Codeur absolu

Ethernet TCP/IPModbus


212


Interface Homme-Machine HMI(Magelis)

HMI Instrument de mesure


213

Exemple d’installation Maître

SCADA

Ethernet

Passerelle Ethernet/Modbus

Modbus RTU (RS 485)

Modbus RTU

(RS 232)

Contrôleur

de température

Mesure de puissanceEsclaves Modbus

RTU

Interfaces E/S

Capteurs


Exemple

d’application

214

Points forts/points faibles

Points forts

• Simplicité et faible coût

d’implémentation.

• Supporte des équipements de

marques différentes.

• Proposé par la plupart des

constructeurs et éditeurs de logiciel.

• Haut niveau d’intégration dans

plusieurs plateformes logicielles (Ex:

PL7, Unity Pro, Twido soft/suite).

Points forts

• Simplicité et faible coût

d’implémentation.

• Supporte des équipements de

marques différentes.

• Proposé par la plupart des

constructeurs et éditeurs de logiciel.

• Haut niveau d’intégration dans

plusieurs plateformes logicielles (Ex:

PL7, Unity Pro, Twido soft/suite).

Points faibles

• Nécessité d’écrire un programme

pour accéder à une variable.

• Relativement lent.

• Pas de communication directe

d’esclave à esclave.

Points faibles

• Nécessité d’écrire un programme

pour accéder à une variable.

• Relativement lent.

• Pas de communication directe

d’esclave à esclave.

215


Annexe 1: SCADA

� Système de Contrôle et d‘Acquisition de Données (en Anglais :

Supervisory Control And Data Acquisition) est un système de

télégestion, permettant de traiter en temps réel un grand

nombre de télémesures et de contrôler à distance des

installations techniques.

� C'est une technologie industrielle dans le domaine de

l'instrumentation, dont les implémentations peuvent être

considérées comme des structures logicielles

d'instrumentation.


216

• Surveillance de processus industriels,

• Transport de produits chimiques,

• Systèmes d'approvisionnement en eau,

• Commande de la production et de la distribution

d'énergie électrique,

• Canalisations de gaz et de pétrole,

• Etc…

Annexe 1 (suite)

Application du SCADA


217

• Une interface homme-machine: présente les données à un opérateur

humain et qui lui permet de superviser et commander les processus.

• Un système de supervision et contrôle informatique: faisant l'acquisition

des données des processus et envoyant des commandes (consignes) aux

processus.

• Une unité terminale distante (RTU) reliant les capteurs: convertissant les

mesures en données numériques et envoyant ces données au système de

supervision.

• Des automates programmables: utilisés sur le terrain pour leur capacité

de calcul et la possibilité d'être configurables.

• Une infrastructure de communication: reliant le système de supervision

et contrôle aux éléments terminaux et divers instruments d'analyse.

Annexe 1 (suite)

Composants du SCADA


218

Annexe 1 (suite)

Exemple SCADA: Station de traitement

d’eau


219

• API: Siemens + Allen

Bradley

• HMI: Siemens MP370.

• Communication: Ethernet.

• Nbr E/S: 800.

• Logiciels: RS Logix, Cimplicity, Simatic WinCC

Flexible.

Annexe 2: MES

� Un Manufacturing Execution System (MES) ou Système de Gestion des Processus

Industriels, est un système informatique, dont l’objectif principal est de collecter en

temps réel les données de production de tout ou une partie d'une usine.

� Ces données collectées permettent ensuite de réaliser un certain nombre d'activités

d'analyse:

– Traçabilité: collecte d’informations relatives à la composition d'un produit tout au

long de sa chaîne de production,

– Contrôle de la qualité,

– Suivi de production,

– Ordonnancement: organiser dans le temps le fonctionnement d'un atelier pour

utiliser au mieux les ressources humaines et matérielles ,

– Maintenance préventive et curative


220

Annexe 2 (suite)

Secteurs d’interaction du MES


221

Annexe 3: ERP

� Le terme ERP vient de l’anglais « Enterprise Ressource

Planning». ERP a été traduit en français par l’acronyme PGI (Progiciel

de Gestion Intégré) et se définit comme un groupe de modules relié à

une base de données unique.

� L’ERP est un progiciel qui permet de gérer l’ensemble des processus

opérationnels d’une entreprise, en intégrant plusieurs fonctions de

gestion:

� Gestion des ressources humaines,

� Gestion des stocks,

� Gestion de la vente et de la distribution,

� Gestion de la paie et de la comptabilité,

� Gestion e-commerce.


222

SynthèseChapitre VII: MODBUS

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Documents

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