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Descriptif des principaux réseaux locaux industriels

Descriptif des principaux réseaux locaux industriels. Chapitre 1 : ASi. Chapitre 2 : CANopen. Chapitre 3 : DeviceNet. Chapitre 4 : Ethernet - TCP/IP - Modbus. Chapitre 5 : Profibus-DP. Descriptif des principaux réseaux locaux industriels. Chapitre 6 : FIPIO. Chapitre 7 : Interbus.

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Descriptif des principaux réseaux locaux industriels

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Presentation Transcript

  1. Descriptif des principauxréseaux locaux industriels Chapitre 1 : ASi Chapitre 2 : CANopen Chapitre 3 : DeviceNet Chapitre 4 : Ethernet - TCP/IP - Modbus Chapitre 5 : Profibus-DP

  2. Descriptif des principauxréseaux locaux industriels Chapitre 6 : FIPIO Chapitre 7 : Interbus Chapitre 8 : Modbus Chapitre 9 : Tableau comparatif

  3. Chapitre 1 : ASi ASi Historique ASi et le modèle ISO La couche physique La couche liaison La couche application Les profils Points forts- points faibles

  4. Chapitre 1 : ASi Historique • 1990 : 11 sociétés et 2 universités majoritairement allemandes créent le consortium ASi afin de définir une interface « low cost » pour raccorder des capteurs et actionneurs • 1992 : Premiers chips disponiblesCréation de l ’association ASi internationale : http://www.as-interface.net/basée en Allemagne. Schneider entre dans l ’association. • 1995 : Création d ’associations nationales de promotion (France, Pays Bas, UK) • 2001 : Spécifications ASi V2 : 62 esclaves, support de produits analogiques, diagnostic amélioré. Intégration de produits de sécurité : « Safety at work »

  5. Chapitre 1 : ASi ASi et le modèle ISO Interfaces E/S TOR génériques Capteurs TOR Départ moteurs E/S analogiques etc... 3 couches utilisées + des profils 7 APPLICATION Client / Serveur via requêtes 6 PRESENTATION VIDE VIDE 5 SESSION 4 TRANSPORT VIDE 3 RESEAU VIDE Maître / esclave 2 LIAISON = LLC + MAC 1 PHYSIQUE Alimentation et communication sur le même support

  6. Chapitre 1 : ASi La couche physique Medium : Câble plat jaune 2 fils avec détrompagePossibilité utilisation câble rond non blindé Topologie : Libre Pas de fin de lignes Distance maximum : 100 m sans répéteur 500 m avec répéteurs (2 répéteurs max entre le maître et l ’esclave le plus éloigné) Débit : 167 Kbits/s 1 transaction (data exchange) dure 150 micro-sec. Temps de cycle = 5 ms pour 31 esclaves 10 ms pour 62 esclaves Nbre max équipements : ASi V1 : 1 maître + 31 esclavesASi V2 : 1 maître + 62 esclaves A/B

  7. Connecteur débrochable jaune 2 points ASI+ ASI- Bornier à vis ou à ressort Prise vampire Prise M12 (mâle sur produit) 4 3 5 1 2 ASI+ ASI- Chapitre 1 : ASi Les types de raccordement 4 types de raccordement définis dans la charte ASi Schneider IP65 IP20

  8. Chapitre 1 : ASi Exemple d ’architecture Alimentation double Asi-24 V Quantum Premium Bus ASi (câble jaune) Micro Répartiteur passif Alimentation 24 V (câble noir) SEGMENT 1 Répartiteur actif Répéteur Conversion câble plat - câble rond Alimentation ASi SEGMENT 2 Té Boîte à boutons Départ-moteur coffret

  9. Chapitre 1 : ASi La couche liaison Méthode d ’accès au médium : Maître / Esclave Taille maxi des données utiles : 4 bits de sorties pour une requête (3 bits pour en ASi V2 pour les esclaves A/B) 4 bits d ’entrées pour une réponse Sécurité de transmission : Nombreux contrôles aux niveaux bits et trames Délimiteur start bit, alternance des pulses, longueur pause entre 2 bits, parité en fin de trame, délimiteur end bit, longueur de la trame

  10. Chapitre 1 : ASi La couche application Une douzaine de requêtes standardisées pour : 1 .Administration du réseau : adressage, identification, paramétrage, reset. 2 . Echanges cyclique des entrées - sorties : Data exchanges 4 bits de sorties maximum les esclaves standards, 3 pour les esclaves A/B 4 bits d ’entrées maximum pour tous les esclaves Temps de cycle : 5 ms max pour 31 esclaves, 10 ms pour 62 3 .Surveillance cyclique du réseau :Read Status Remontée des défauts périphériques des esclaves ASi V2 Temps de cycle : 155 ms pour 31 esclaves, 310 ms pour 62 esclaves 4 .Transmission des données de paramétrage : Write Parameter Par programmation requête Write Parameter 4 bits de sorties maximum les esclaves standards, 3 pour les esclaves A/B 155 ms maximum pour 31 esclaves, 310 ms pour 62

  11. Chapitre 1 : ASi Les profils Pour garantir l ’interchangeabilité des produits, chaque esclave ASi est identifié et défini par un profil figé gravé dans le silicium (Read only). Le profil des esclaves ASi V1 est défini par 2 digits hexa-décimaux. Le profil des esclaves ASi V2 est défini par 4 digits hexa-décimaux.

  12. Chapitre 1 : ASi Les profils ASi V1 : 2 digits Profil = IO_code . ID_code IO_code = indique le nombre d’entrées et sorties de l’équipement (0 to F) ID_code = indique le type d’équipement (0 to F) ASi V2 : 4 digits Profil = IO_code . ID_code .ID1_code . ID2_code IO_code = indique le nombre d’entrées et sorties de l’équipement (0 to F) ID_code = indique le type d’équipement (0 to F) ID1_code = utilisé pour la personnalisation client du produit (0 to F) ID2_code = indique le sous type du produit (0 to F)

  13. Chapitre 1 : ASi Points forts - points faibles Points forts • Temps de cycle rapide et déterministe • Facilité de câblage • Simplicité d ’utilisation car très bien intégré dans PL7 • Evolution de l ’architecture aisée Points faibles • Quelques bits échangés • Nombre d ’esclaves maximum • Longueur du bus : 100 m

  14. Chapitre 2 : CANopen CANopen Historique CANopen et le modèle ISO La couche physique La couche liaison La couche application Les profils Points forts- points faibles

  15. Chapitre 2 : CANopen Historique • 1980-1983 : Création de CAN à l ’initiative de l ’équipementier allemand BOSCH pour répondre à un besoin de l ’industrie automobile. CAN ne définit qu ’une partie des couches 1 et 2 du modèle ISO. • 1983-1987 : Prix des drivers et micro-contrôleurs intégrant CAN très attractifs car gros volume consommé par l ’automobile • 1991 : Naissance du CIA = CAN in Automation : http://www.can-cia.de/pour promouvoir les applications industrielles

  16. Chapitre 2 : CANopen Historique • 1993 : Publication par leCiA des spécifications CAL = CAN Application Layer qui décrit des mécanismes de transmission sans préciser quand et comment les utiliser. • 1995 : Publication par leCiA du profil de communication DS-301 : CANopen • 2001 : Publication par le CIA de la DS-304 permettant d ’intégrer des composants de sécurité de niveau 4 sur un bus CANopen standard (CANsafe).

  17. Chapitre 2 : CANopen CANopen et le modèle ISO Device Profile CiA DSP-401 I/O modules Device Profile CiA DSP-402 Drives Device Profile CiA DSP-404 Measuring devices Device Profile CiA DSP-4xx CANopen s ’appuie sur CAL 7 APPLICATION CiA DS-301 = Communication profile CAL= CAN Application Layer 6 PRESENTATION VIDE VIDE 5 SESSION 4 TRANSPORT VIDE 3 RESEAU VIDE CAN 2.0 A et B + ISO 11898 2 LIAISON = LLC + MAC 1 PHYSIQUE CAN 2.0 A et B = ISO 11898-1 et 2 ISO 11898 + DS-102

  18. Chapitre 2 : CANopen La couche physique Medium : Paire torsadée blindée2 ou 4 fils (si alimentation) Topologie : Type bus Avec dérivations courtes et résistance fin de ligne 120 ohms Distance maximum : 1000 m Débit : 9 débits possibles de 1Mbits/s à 10 Kbit/sFonction de la longueur du bus et de la nature du câble : 25 m à 1 Mbits/s, 1000 m à 10Kbits/s : Nbre max équipements : 128 1 maître et 127 esclaves

  19. Chapitre 2 : CANopen La connectique Le CiA fournit dans sa recommandation DR-303-1 une liste de connecteurs utilisables classée en 3 catégories avec la description de leur brochage. SUB D 9 points DIN 41652 RJ45 Open style 5-pins Micro-Style = M12 ANSI/B93.55M-1981 Mâle coté produit

  20. Chapitre 2 : CANopen Exemple d ’architecture Premium TEGO POWER TEGO POWER ATV58 ATV58 Résistance fin de ligne Résistance fin de ligne (120 ) FTB1CN FTB1CN Résistance fin de ligne

  21. Chapitre 2 : CANopen La couche liaison Méthode d ’accès au médium : CSMA/CA Chaque équipement peut émettre dès que le bus est libre. Un principe de bits dominants ou récessifs permet lors d ’une collision un arbitrage bit à bit non destructif. La priorité d ’un message est donné par la valeur de l’identifieur : l ’identifieur de valeur la plus faible est prioritaire. Modèle de communication : Producteur / Consommateur Un identifieur codé sur 11 bits et situé en début de message renseigne les récepteurs sur la nature des données contenues dans chaque message, chaque récepteur décide de consommer ou non les données. Ce concept autorise de multiples modèles de communication : Emission sur changement d’état, cyclique, ou signal SYNC, système Maître_esclave.

  22. Chapitre 2 : CANopen Structure d’une trame CAN Champ d ’arbitrage Taille de la trame sans bit stuffing : 47 à 111 bits 1 11 1 6 0 à 64 15 1 1 1 7 Champ de données Délimit. CRC Délimit. ACK Bit RTR Remote Transmission Request Début de trame SOF Séquence de CRC Slot ACK Fin de trame EOF Indentifieur Champ de commande : compatibilité et longueur

  23. S2 S3 S1 Chapitre 2 : CANopen Bits dominants et récessifs Identifier Controlfield SOF RTR 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 R Station 1 perd l’arbitrage Station 1 D Station 2 Station 2 perd l’arbitrage Station 3 Bus

  24. Chapitre 2 : CANopen La couche liaison Taille maxi des données utiles : 8 octets par trame Sécurité de transmission : Parmi les meilleurs sur les réseaux locaux industrielsDe nombreux dispositifs de signalisation et de détections d ’erreurs permettent de garantir une grande sécurité de transmission.

  25. Chapitre 2 : CANopen La couche application 4 types de services standardisés : 1 . Administration du réseau : paramétrage, démarrage, surveillance (maître-esclaves) 2 . Transmission de données de process de faible taille (<= 8octets) en temps réel : PDO = Process Data Object (producteur-consommateur) Les PDO peuvent être transmis sur changement d ’état, cycliquement, sur réception du message SYNC, ou demande du maître. 3 . - Transmission de données de paramétrage de grande taille (> 8 octets) par segmentation sans contrainte de temps : SDO = Service Data Object (client-serveur) 4 . Messages prédéfinis pour gérer les synchronisation (SYNC), références temporelles, erreurs fatales : SFO = Special Function Object

  26. Chapitre 2 : CANopen Allocation par défaut des identifieurs Dans le but de réduire la phase de configuration du réseau un système obligatoire d ’allocation des identifieurs par défaut est défini. Cette allocation est effective dans l ’état « Pre operational » juste après la phase d ’initialisation. Elle est basée sur un partage de l ’identifieur COB-ID en 2 parties : Function code permet le codage de 2 PDO en réception, 2 PDO en émission, 1 SDO, 1 EMCY object, 1 Node Guardind Identifier, 1 SYNC object, 1 Time Stamp obect. Node ID correspond à l ’adresse du produit codée par exemple par des DIP switchs. 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Function Code Node ID

  27. Chapitre 2 : CANopen Allocation par défaut des identifieurs L ’allocation par défaut des identifieurs n ’est utilisable que pour les produits utilisant les 4 premiers PDO (Le cinquième PDO recouvre la zone réservée aux SDO) 1024 identifieurs maximum résersvés pour les PDO

  28. Chapitre 2 : CANopen Les profils Les profils CANopen sont basés sur le concept de dictionnaire d ’objet : Device Object Dictionnary (OD). Le CANopen Object Dictionary est un groupement ordonné d ’objets accessibles par un index de 16 bits et éventuellement un sub-index sur 8 bits. Chaque nœud du réseau a un OD qui est matérialisé par un fichier EDS : Electronic Data Sheet de type ASCII (spécification DSP 306). Ce dictionnaire contient tous les éléments décrivant le nœud ainsi que son comportement sur le réseau.

  29. Chapitre 2 : CANopen Les profils Structure du dictionnaire d ’objet

  30. Chapitre 2 : CANopen Les profils CANopen définit 2 types de profiles : Le profil de communication DS-301 : Décrit la structure générale de l ’OD, et des objets se trouvant dans la zone « Communication profile area ». Il s ’applique à tous les produits CANopen. Les profils équipements DSP-4xx : Décrit pour les differents types de produit (modules E/S TOR, drives, appareil de mesures) les différents objets standards associés. Certains objets sont obligatoires, d ’autres optionnels, certains sont accessibles en lecture, d ’autres en lecture et écriture.

  31. Chapitre 2 : CANopen Points forts - points faibles Points forts • Coût du point de connexion • Grand choix de drivers • Robustesse dans environnement perturbés • Protocole ouvert Points faibles • Longueur du bus à 1 Mbit/s = 25 m • Niveau d ’intégration dans PL7 • Offre Schneider actuelle • Non déterministe

  32. Chapitre 3 : DeviceNet DeviceNet Historique DeviceNet et le modèle ISO La couche physique La couche liaison La couche application Les profils Points forts - points faibles

  33. Chapitre 3 : DeviceNet Historique • 1980-1983 : Création de CAN à l ’initiative de l ’équipementier allemand BOSCH pour répondre à un besoin de l ’industrie automobile. CAN ne définit qu ’une partie des couches 1 et 2 du modèle ISO. • 1983-1987 : Prix des drivers et micro-contrôleurs intégrant CAN très attractifs car gros volume consommé par l ’automobile • 1993-1994 : Développement et commercialisation par Allen Bradley (groupe Rockwell Automation) de produits DeviceNet.

  34. Chapitre 3 : DeviceNet Historique • 1995 : Création de l ’ODVA = Open DeviceNet Vendor Association : http://odva.org/ pour promouvoir et supporter techniquement les spécification DeviceNet. • 1997 : L ’association comporte environ 200 sociétés membres et offrent une centaine de produits différents. • 2002 : ODVA amorce le développement de spécifications pour intégrer des composants de sécurité..

  35. Chapitre 3 : DeviceNet DeviceNet et le modèle ISO AC Drives HMI Communication adapter Etc... 7 APPLICATION DeviceNet Specifications Volume 1 7 APPLICATION CiA DS-301 = Communication profile CAL= CAN Application Layer 6 PRESENTATION EMPTY 6 PRESENTATION VIDE EMPTY 5 SESSION VIDE 5 SESSION 4 TRANSPORT EMPTY 4 TRANSPORT VIDE 3 NETWORK EMPTY 3 RESEAU VIDE CAN 2.0 A and B + ISO 11898 2 LINK = LLC + MAC CAN 2.0 A et B + ISO 11898 2 LIAISON = LLC + MAC 1 PHYSICAL CAN 2.0 A and B = ISO 11898-1 and 2 CAN 2.0 A et B = ISO 11898-1 et 2 DeviceNet Specifications Volume 1

  36. Chapitre 3 : DeviceNet La couche physique Medium : 2 paires torsadées blindées2 fils pour la communication et 2 fils pour l ’alimentation Topologie : Type bus Avec dérivations courtes et résistance fin de ligne 120 ohms Distance maximum : 1000 m Débit : 3 débits possibles : 125, 250 ou 500 Kbits/s Fonction de la longueur du bus et de la nature du câble et de la consommation des produits Nbre max équipements : 64 nœuds maître (scanner) compris

  37. Chapitre 3 : DeviceNet Connecteurs Tous les connecteurs doivent être équipés de 5 broches. Les connecteurs suivant sont préconisés : Phoenix Combicon Connecteur Mini Style ANSI/B93.55M­1981 MSTB 2.5/5­ST­5.08­AU : coté câble réseau MSTBA 2.5/5­G­5.08­AU : coté produit pins horizontales MSTBVA 2.5/5­G­5.08­AU : coté produit pins verticales

  38. Chapitre 3 : DeviceNet Connecteurs Connecteur Micro Style (M12) Style Lumberg RST 5­56/xm ou équivalent

  39. Chapitre 3 : DeviceNet Taps IP20

  40. Chapitre 3 : DeviceNet Taps IP65

  41. Chapitre 3 : DeviceNet Exemple d ’architecture Automate Allen Bradley Alim. 24 V Quantum Thin cable Résistance fin de ligne Tesys modèle U LUF P ATV58 TEGO POWER Modbus FTB FTB ATV28 ATS48 Résistance fin de ligne

  42. Chapitre 3 : DeviceNet La couche liaison Méthode d ’accès au médium : CSMA/CA Chaque équipement peut émettre dès que le bus est libre. Un principe de bits dominants ou récessifs permet lors d ’une collision un arbitrage bit à bit non destructif. La priorité d ’un message est donné par la valeur de l’identifieur : l ’identifieur de valeur la plus faible est prioritaire. Modèle de communication : Producteur / Consommateur Un identifieur codé sur 11 bits et situé en début de message renseigne les récepteurs sur la nature des données contenues dans chaque message, chaque récepteur décide de consommer ou non les données. Ce concept autorise de multiples modèles de communication : Emission sur changement d’état, cyclique, ou signal Strobe, système Maître_esclave.

  43. Chapitre 3 : DeviceNet La couche liaison Taille maxi des données utiles : 8 octets par trame Fragmentation possible si plus de 8 octets Sécurité de transmission : Parmi les meilleurs sur les réseaux locaux industrielsDe nombreux dispositifs de signalisation et de détections d ’erreurs permettent de garantir une grande sécurité de transmission.

  44. Chapitre 3 : DeviceNet La couche application 3 types de services standardisés : 1 . Administration du réseau : paramétrage, démarrage, surveillance (maître-esclaves) 2 . Transmission de données de process de faible taille en temps réel : I/O messages Les I/O messages peuvent être transmis sur changement d ’état, cycliquement, ou sur réception du message Strobe ou par polling du maître.. 3 . - Transmission de données de paramétrage de grande taille (> 8 octets) par segmentation sans contrainte de temps : Explicit messages en mode client-serveur.

  45. Chapitre 3 : DeviceNet Allocation des identifiers IDENTIFIER BITS DESCRIPTION 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Group 1 Message ID Source MAC ID 0 Group 1 Messages Source MAC ID 0 1 1 0 1 Slave's I/O Change of State or CyclicMessage Source MAC ID 0 1 1 1 0 Slave's I/O Bit-Strobe Response Message 0 1 1 1 1 Slave's I/O Poll Response Message Source MAC ID Group 2 Message ID Group 2 Messages MAC ID 1 0 1 0 Source MAC ID Master's I/O Bit-Strobe Command Message 0 0 0 1 0 Source MAC ID Reserved for Master's Use -- Use is TBD 0 0 1 1 0 Source MAC ID Master'sChg of state/cyclic acknowledge msgs 0 1 0 1 0 Source MAC ID Slave's Explicit Response Messages 0 1 1 1 0 Destination MAC ID Master's Connected Explicit Request Messages 1 0 0 1 0 Destination MAC ID Master's I/O Poll Cmd/Chg of State/Cyclic Msgs 1 0 1 1 0 Destination MAC ID 1 1 0 Group 2 Only Unconnected Explicit Req.. Msgs 1 0 Destination MAC ID Duplicate MAC ID Check Messages 1 1 1

  46. Chapitre 3 : DeviceNet Les profils • DeviceNet utilise une modélisation de type objet pour décrire : • La liste des service de communication disponibles • Le comportement de l ’équipement • Un moyen standard de décrire comment accéder à des variables internes d ’un produit. • Un nœud DeviceNet est modélisé comme une collection d ’objet.

  47. Chapitre 3 : DeviceNet Adressage des objets DeviceNet utilise une méthode d ’adressage à 4 niveaux : MAC ID Class ID Instance ID Attribute ID Les variables d ’un nœud sont accessibles par un Path qui est composé de : Class ID Instance ID Attribute ID

  48. Chapitre 3 : DeviceNet Fichier EDS La matérialisation d ’un profil DeviceNet se fait par un fichier EDS Electronic Data Sheet livré avec le produit. Ce fichier fournit dans un format précis la description de tous les objets constituant le produit.

  49. Chapitre 3 : DeviceNet Extrait du fichier EDS DeviceNet passerelle LUFP9 [Params] $ **************************************************************************** $ Polled production $ **************************************************************************** Param1= 0, $ parameter value slot 6, "20 05 24 00 30 64", 0x0002, $ descriptor (Scaling) 8, 1, $ USINT, 4 bytes "Polled production", $ parameter name "", $ units string "", 0, 5, 0, $ min, max, default (0) 0, 0, 0, 0, $ mult, div, base, offset scaling , , , , $ scaling links not used 0; $ decimal places $ **************************************************************************** $ Polled consumtion $ **************************************************************************** Param2= 0, $ parameter value slot 6, "20 05 24 00 30 65", 0x0002, $ descriptor (Scaling) 8, 1, $ USINT, 4 bytes "Polled consumption", $ parameter name "", $ units string "", 0, 5, 0, $ min, max, default (0) 0, 0, 0, 0, $ mult, div, base, offset scaling , , , , $ scaling links not used 0; $ decimal places $ DeviceNet Manager Generated Electronic Data Sheet [File] DescText = "LUFP9 Gateway"; CreateDate = 12-08-98; CreateTime = 10:31:30; ModDate = 10-07-2002; ModTime = 16:39:54; Revision = 1.02; [Device] VendCode = 90; $ Vendor Code ProdType = 12; $ Product Type ProdCode = 60; $ Product Code MajRev = 1; $ Major Rev MinRev = 3; $ Minor Rev VendName = "Schneider Electric Gateways"; ProdTypeStr = "Communications Adapter"; ProdName = "LUFP9"; Catalog = "LUFP9"; $ Parameter Class Section [ParamClass] MaxInst = 29; $ Max Instances - total # configuration parameters Descriptor = 0x00; $ Parameter Class Descriptor - No parameters CfgAssembly = 0x00; $ The config assembly is not supported.

  50. Chapitre 3 : DeviceNet Points forts - points faibles Points forts • Coût du point de connexion • Grand choix de drivers • Robustesse dans environnement perturbés • Souplesse de paramétrage Points faibles • Longueur du bus à 500 Kbits/s = 100m • Offre Schneider • Protocole marqué Allen Bradley • Non déterministe et compliqué à mettre en oeuvre

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