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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

32

Besoin 2: Décentralisation

Automatismes centralisés Automatismes décentralisés

Chapitre II: Réseaux locaux industriels

33

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

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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

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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

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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.

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