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HNS re2sd Spécialité : IRIIA Cours RLI 1 COURS RLI ECOLE NATIONALE SUPÉRIEURE D

HNS re2sd Spécialité : IRIIA Cours RLI 1 COURS RLI ECOLE NATIONALE SUPÉRIEURE DES Energies Renouvelables, Environnement & Développement Durable CHAPITRE 1 : INTRODUCTION AUX RLI ET BUS DE TERRAIN INDUSTRIEL INTRODUCTION AUX RLI ET BUS DE TERRAIN INDUSTRIEL DR. ATHMANI Samir OBJECTIF OBJECTIF - …… - ……. - ……………….. - …… - ……. - ……………….. PREMIER CHAPITRE : INTRODUCTION AUX RLI ET BUS DE TERRAIN INDUSTRIEL HNS re2sd Spécialité : IRIIA Cours RLI 2 1. Table des matières Pré requis ...................................................................................................................................4 1 Introduction ................................................................................................................................5 1.1 Historique............................................................................................................................6 1.2 Evolution actuelle ................................................................................................................7 2 Environnement Industriel ............................................................................................................7 2.1 Automate programmable ....................................................................................................8 2.2 Capteur ...............................................................................................................................9 2.3 Actionnaire ..........................................................................................................................9 2.4 Relais ...................................................................................................................................9 2.5 Les modules d’entrées .........................................................................................................9 2.6 Les modules de sorties ........................................................................................................9 3 Communication dans un Environnement Industriel ................................................................... 10 3.1 Contraintes industrielles .................................................................................................... 10 3.2 Besoin de communication dans un Environnement Industriel ............................................ 11 4 Réseau local industriel .............................................................................................................. 17 4.1 Rappel et définitions .......................................................................................................... 17 4.1.1 Réseau ............................................................................................................................. 17 4.1.2 Réseau local ..................................................................................................................... 17 4.2 Réseau Local industriel ...................................................................................................... 18 4.2.1 But initial .......................................................................................................................... 19 4.2.2 Objectifs ........................................................................................................................... 19 4.2.3 Avantages ......................................................................................................................... 19 4.3 Inconvénients .................................................................................................................... 21 4.4 Caractéristiques principales ............................................................................................... 21 5 Classification des réseaux industriels : pyramide CIM (Computer Integrated Manufacturing) .... 22 5.1 Réseaux de niveau 3 : Réseau d’entreprise, "Databus" ....................................................... 24 5.2 Réseaux de niveau 2 : Réseau principal (Département,usine) ................................................ 25 5.3 Réseau de niveau 1 : Réseau d'atelier, Réseau d'automates ................................................. 25 5.4 Réseaux de niveau 0 : Réseau de terrain, "Field bus" ......................................................... 25 6 Bus de terrain et Modèle OSI..................................................................................................... 27 6.1 Couche Physique ............................................................................................................... 29 PREMIER CHAPITRE : INTRODUCTION AUX RLI ET BUS DE TERRAIN INDUSTRIEL HNS re2sd Spécialité : IRIIA Cours RLI 3 6.2 Couche Liaison................................................................................................................... 35 7 Bus de terrain hors atelier ......................................................................................................... 36 8 Terminologie ............................................................................................................................. 36 8.1 Transmission de données .................................................................................................. 36 8.2 Mode d’exploitation .......................................................................................................... 37 8.3 Codage .............................................................................................................................. 38 8.4 Les techniques de connexion ............................................................................................. 38 9 Normalisation ........................................................................................................................... 40 10 Les critères de comparaison entre RLI ................................................................................... 41 10.1 Critères techniques ............................................................................................................ 41 10.2 Critères stratégiques.......................................................................................................... 42 11 Questionnement préalable .................................................................................................... 42 HNS re2sd Spécialité : IRIIA Cours RLI 1 Liste des figures Figure 1 : cycle de traitement séquentiel d’un API ...............................................................................8 Figure 2 : Réduction des boucles de courant analogique 4-20mA ...................................................... 12 Figure 3 : Schéma de principe ........................................................................................................... 14 Figure 4 : Mise en Œuvre pratique .................................................................................................... 14 Figure 5 : Principe de décentralisation .............................................................................................. 16 Figure 6 : Capteur Simple Vs Intelligent ............................................................................................. 16 Figure 7 : schéma de principe ............................................................................................................ 17 Figure 8 : Classification des PLI .......................................................................................................... 22 Figure 9 : Exemple Schneider Electric ................................................................................................ 23 Figure 10 : Structure d’une installation automatisée ......................................................................... 24 Figure 11 : Synthèse des principaux réseaux et bus utilisés en milieu industriel ................................. 26 Figure 12 : Ethernet et RLI ................................................................................................................. 27 Figure 13 : Modèle OSI réduit pour les RLI ......................................................................................... 29 Figure 14 : les types de câble paire torsadée ..................................................................................... 30 Figure 15 : câble coaxial .................................................................................................................... 31 Figure 16 : câble Fibre Optique ......................................................................................................... 31 Figure 17 : Topologie en anneau ....................................................................................................... 32 Figure 18 : Topologie en étoile .......................................................................................................... 33 Figure 19 : Topologie en hiérarchie ................................................................................................... 33 Figure 20 : Topologie en bus ............................................................................................................. 34 Figure 21 : Topologie en maillé ......................................................................................................... 34 Figure 22 : Transmission série ........................................................................................................... 37 Figure 23 : Transmission parallèle ..................................................................................................... 37 Figure 24 : Codage RZ/NRZ/ Manchester ........................................................................................... 38 Figure 25 : : les techniques de connexion .......................................................................................... 39 Pré Requis HNS re2sd Spécialité : IRIIA Cours RLI 4 Pré requis La communication entre les constituants des systèmes industriels (PC, automates, commandes numériques, capteurs/actionneurs..) est une problématique technique de la conception des applications en informatique industrielle. La mise en œuvre d’une solution de « communication » passe par la sélection et la mise en œuvre de couches logicielles de communication de types : pilotes système (driver), librairies de fonctions de communication (API : « Application Programmable Interface », « handler »), serveurs de données (serveur DDE, OPC DA –HDA-AE…) et de divers matériels (coupleurs internes, ports de communication, interfaces réseaux..). Sont nécessaires à la compréhension de ce domaine les connaissances relatives :  Aux besoins génériques en terme d’applications industrielles (à quoi sert la communication industrielle et quels sont les composants industriels qui sollicitent des services de communication) ;  Aux 7 couches du modèle osi : les « composants matériels et logiciels » mis en œuvre pour la communication sont organisés et structurés en terme de leur réalisation et des services qu’ils proposent;  Aux éléments d’architectures élémentaires de communication (circuit de données : dte, dce, modems, jonctions, ligne, composants de réseaux…) ;  À la modélisation « événementielle » des couches de communication (par automates à états finis), utile aux phases de conception / réalisation (et d’étude / compréhension…) des différents « mécanismes d’échanges de données » ;  Aux techniques de transfert élémentaire de l’information (codage, mécanismes de transfert, modulation…)  Aux topologies de réseau (étoiles, maillés, bus, mixtes…)  Aux notions de protocoles ( trames, adressage, checksum, maître, esclave, bus….)  Aux principaux « réseaux locaux industriels » (rli) et bus de communication, « standard de fait » (modbus, can..). PREMIER CHAPITRE : INTRODUCTION AUX RLI ET BUS DE TERRAIN INDUSTRIEL HNS re2sd Spécialité : IRIIA Cours RLI 5 1 Introduction Les progrès et les innovations technologiques considérables et impressionnantes dans les domaines de micro-électronique, et la communication réalisée dans ces dernières décennies, ont abouti à la conception et la production de petits nœuds capteurs plus intelligents et à faible coût, L'apparition des régulateurs numériques et des automates programmables, à conduit les offreurs à mettre sur le marché des réseaux pour les interconnecter et rapatrier à moindre coût de câblage les informations nécessaires à la conduite par les opérateurs dans les salles de commande Les usines, les bâtiments, les voitures, les avions sont de plus en plus automatisés, et le besoin d’assurer une communication entre les mondes de l’informatique et de l'automatisme est devenu indispensable du fait de la nécessité d’augmenter la productivité (fiabilité, pérennité...) des usines de fabrication, pour assurer la sécurité, fonctionnalité et confort à l’être humain. Pour ce faire on a besoin de récolter des informations sur l’environnement par l’intermédiaire d’éléments simples tels que des capteurs et de les analyser. On fait traiter ensuite ces données par des outils, automates programmables ou ordinateurs. Une fois les données analysées et traitées, on agit sur l’environnement par l’intermédiaire d’actionneurs si besoin est. On peut retrouver des éléments récoltant des informations tels que des capteurs de températures, des capteurs de pression, des détecteurs d’incendie, des détecteurs de personnes… et des éléments apportant une action tels que des moteurs pas à pas, des électrovannes, des champs électromagnétiques… On comprend bien que tous ces éléments aient besoins de communiquer entre eux, ce qui conduit à la naissance des réseaux locaux industriels (RLI). Ces réseaux utilisaient certains des protocoles développés pour les télécommunications avec quelques adaptations aux contextes de réseau local et du milieu industriel. Par exemple le protocole HDLC a inspiré bon nombre de protocoles de liaison de données, certes avec des simplifications; les concepts de station maître et de station esclave étaient directement repris des réseaux de transmission de données des années 1960. La communication entre les constituants des systèmes industriels (PC, automates, commandes numériques, capteurs/actionneurs..) est une problématique technique de la conception des applications en informatique industrielle. La mise en œuvre d’une solution de « communication » passe par la sélection et la mise en œuvre de couches logicielles de communication de types : pilotes système (driver), librairies de fonctions de communication (API : « Application Programmable Interface », « handler »), serveurs de données (serveur DDE, OPC DA –HDA-AE…) et de divers matériels (coupleurs internes, ports de communication, interfaces réseaux..). PREMIER CHAPITRE : INTRODUCTION AUX RLI ET BUS DE TERRAIN INDUSTRIEL HNS re2sd Spécialité : IRIIA Cours RLI 6 Dans les années 70 le réseau WDPF de Westinghouse (Jeumont- Schneider en France) est né. Ce réseau était essentiellement utilisé dans les processus continus, les premiers à être automatisés et à innover dans les nouvelles technologies de l'automatique et de l'informatique industrielle. Puis est né le réseau MODBUS (MODicon BUS) de Gould Modicon, pour coordonner les activités sises sur plusieurs automates. Dans les processus continus, des calculateurs dits d'optimisation étaient utilisés de longue date pour envoyer des consignes sous forme d'aides aux opérateurs. Il est apparu utile de les connecter d'une part aux stations de travail des opérateurs et d'autre part aux équipements qui pilotent les machines de production. Le grand développement des réseaux locaux industriels date du début des années 80. Le projet MAP naît aux États-Unis, la notion de réseau de terrain émerge sous le nom de réseau ou bus d'instrumentation en 1982 avec la naissance du projet FIP en France. Les réseaux locaux industriels d’automatismes propriétaires ont rapidement bénéficié des grands standards développés sur les architectures informatiques. Ces changements successifs sont dus, d’une part, à l’évolution des besoins des utilisateurs, et d’autre uploads/Industriel/ chapitre-1-cours-rli.pdf