BUS DE CAPTEURS ET D'ACTIONNEURS

Les réseaux de capteurs et actionneurs sont des réseaux de bas niveau bien adaptés à l'automatisation d'un atelier, d'une ligne de production ou d'une machine. Ils ont pour principaux objectifs de réduire les coûts de câblage, ainsi que de faciliter la mise en service, le réglage, l'exploitation et la maintenance des équipements d'automatisme industriel qui y sont connectés. Certaines de ces interfaces de communication réseau spécifient l'infrastructure et le protocole de manière matérielle tout autant que logicielle, alors que d'autres - à l'instar d'IO-link par exemple - ne spécifient en standard que les échanges de données. Bon nombre de ces systèmes peuvent aussi encapsuler leur propre protocole au sein d'autres protocoles ce qui leur permet d'adopter des configurations de réseau et des supports de transmission très variés.

Le bus AS-I est une interface réseau économique destinée au dialogue avec les capteurs et les actionneurs. Ses fondations reposent sur une architecture maître-esclave qui supporte les topologies réseau parmi les plus courantes.

• La première de ses spécificités consiste en ce qu'il n'a besoin que d'un seul câble de deux fils pour transporter à la fois l'alimentation électrique 24 VCC et les données.
• La seconde se résume à l'emploi de modules encliquetables, ce qui vous permet d'ajouter rapidement et facilement un nouvel équipement esclave.

Les données sont transmises par le biais de méthodes matérielles, premièrement en les encodant ( codage de Manchester ), puis en modulant l'alimentation électrique avec des pulsations alternatives pour transférer les données ( méthode ATM ). Les données critiques en temps ( les entrées et les sorties des équipements esclaves ) sont transmises de manière synchrone par le biais d'une scrutation cyclique, alors que les données non critiques ( comme les paramètres de configuration ) sont transmises de manière asynchrone.

Ce système de communication peut aussi fournir des services de sûreté quand cela s'avère nécessaire.

L'association AS-Interface propose ici tout un ensemble d'informations dans son université virtuelle.

• Vous y trouverez les connaissances fondamentales à acquérir à propos de cette technologie de communication : la description technique des bases du système, la description des différents équipements exploitables plus la présentation des têtes de station maîtres et esclaves.
• Vous y découvrirez aussi une liste des différents problèmes pouvant se présenter lors de la conception ou de l'installation d'un réseau, plus des exemples pratiques d'implémentation d'un système utilisant cette technologie.
• L'association propose aussi tout un lot de connaissances de bases sur le bus AS-I dans lequel vous pourrez trouver les réponses aux questions les plus fréquentes, des conseils d'installation, ainsi que des exemples d'application.

www.as-interface.net

Ce rapport de stage rédigé par un jeune ingénieur en automatique pour son master professionnel relate la réalisation et l'optimisation d'une plateforme de test en réseau dont le but est de contrôler et de valider la conformité aux spécifications de transmission de données des composants d'automatisme AS-I conçus, produits et fournis par le constructeur Schneider Electric.

Vous y découvrirez :

• Un comparatif entre différents bus de capteurs et actionneurs.
• Une présentation du réseau AS-I.

• La place de ce réseau dans le modèle OSI.
• Une présentation détaillée de son protocole.

• La présentation de quelques autres technologies réseaux avec des informations intéressantes sur Ethernet, CanOpen, Modbus TCP et Profibus.

Abdelouahid OULBOUB - Ingénieur en automatique.

« DeviceNet » est un système de communication industriel qui fait partie de la famille des réseaux CIP. Il a été conçu pour mettre en œuvre des communications au plus bas niveau d'une installation automatisée, dans le but de pouvoir échanger des données entre des contrôleurs programmables et des équipements de terrain.

Les bases techniques de ce système s'appuient sur les spécifications du bus CAN pour ce qui concerne les couches physiques, et elles reposent sur le protocole CIP pour ce qui concerne les couches supérieures du modèle OSI. De fait, cette technologie résulte d'une adaptation du protocole CIP aux spécifications du bus CAN auxquels ses concepteurs ont ajouté quelques autres facultés comme la possibilité d'insertion à chaud, la possibilité d'établir des diagnostics ou la possibilité d'instaurer une redondance.

Ce procédé de communication utilise à la fois un modèle producteur-consommateur et un modèle client-serveur pour gérer les flux de donnée entre les différents équipements installés. Il échange les données en point à point en adoptant au choix soit une architecture maître-esclave soit une architecture distribuée, selon la configuration souhaitée.

Ce guide se concentre sur le support de transmission et explique comment concevoir et installer un système de communication dans le respect des spécifications. Vous y apprendrez comment configurer un réseau, quelles sont les topologies valides et quels sont les supports de transmission disponibles. Vous pourrez y lire aussi une description qui porte sur le système de câblage avec ses composants, sur la connectique, sur le calcul de l'intensité électrique nécessaire ou sur le diagnostic et la résolution des problèmes pouvant se manifester.

www.odva.org

Ce document très clair d'environ 40 pages décrit les concepts fondamentaux mis en œuvre dans DeviceNet et dans le bus CAN, l'architecture, les topologies disponibles, les composants, plus beaucoup de détails au sujet des supports physiques. Ensuite, le document enseigne comment construire un système et quelles sont ses caractéristiques principales.

Richard Burch

« Interbus » est un système de communication industriel déterministe dédié au dialogue avec les capteurs et avec les actionneurs qui a été développé initialement par la société Phoenix Contact. De nos jours, l'ensemble de cette technologie est intégrée dans le système de réseau Profibus-IO de la société Siemens ( Profibus est compatible avec les versions précédentes d'Interbus en utilisant un proxy dédié en tant que passerelle ). « Interbus Safety » en est une version spécifique dédiée - comme il se doit - aux applications de sûreté.

Principales spécificités du système.

• L'adressage des variables dépend de la localisation physique des équipements dans un réseau.
• L'optimisation des transferts d'entrées / sorties qui passe par l'utilisation d'une trame unique pour tous les équipements.

  Cette trame est générée dès que la configuration du réseau a été validée.

• La possibilité d'insérer des équipements à chaud dans le but de faciliter les opérations de maintenance.

Depuis que ses spécifications matérielles préconisent un câble unique au travers de tous les équipements pour envoyer à la fois les requêtes et les réponses, la topologie du réseau a évolué vers un motif en anneau pourvu de branches, ce qui la fait ressembler à une topologie arborescente.

Du point de vue du procédé de communication, le protocole utilise un modèle maître-unique / esclaves qui transmet les données au moyen de deux canaux : l'un est dédié aux données de procédé ( les entrées et les sorties ), l'autre est dédié aux données de service ( les données de configuration, les données de services etc ). Dans ses dernières versions, « Interbus » intègre le protocole TCP/IP dans un canal séparé.

Pour effectuer la configuration, la surveillance et le diagnostic d'un réseau, il suffit d'utiliser un outil unique ( CMD ) utilisable pour n'importe quel système de contrôle qui exploite cette technologie réseau, et quel qu'en soit leur fabricant.

L'association des utilisateurs du système Interbus propose quelques documents sur les technologies mises en œuvre pour ce réseau et qui sont disponibles en téléchargement.

• Une présentation des concepts techniques à partir desquels ce réseau de capteurs et d'actionneurs a été conçu.  

  ( Présentation du réseau, connaissances de base, transmission de données, automatisation industrielle, maintenance, contrôle, standardisation. )

• Des guides techniques comme les caractéristiques du câble de transmission ou de la fibre optique.
• La présentation d'interfaces qui permettent de communiquer avec d'autres protocoles ou avec d'autres systèmes d'automatisation.

  ( Codeurs incrémentaux, profil Drivecom, contrôleurs de procédé, contrôleur robots, spécifications des connecteurs M12 et des connecteurs pour fibre optique, spécifications diverses. )

www.interbus.de

IO-link ( liaison pour la transmission de données d'entrées / sorties ) est une interface de communication destinée aux appareils de terrain ( capteurs, actionneurs, instruments de mesure etc ) qui s'exécute au plus bas niveau.

Vous découvrirez dans cette introduction que ce système de communication ne constitue pas un réseau à proprement parler, mais qu'il constitue plutôt une interface d'échange de données complémentaire aux réseaux de terrain, et qu'il contribue à en augmenter le potentiel.

Cette technique de transmission de données a pour objectif d'uniformiser un parc d'équipements tout en proposant des fonctions supplémentaires adéquates et utiles ( diagnostic, réglage ) pour les opérations de mise en service, d'exploitation et de maintenance.

Les spécifications du bus ont évolué avec l'intégration d'Ethernet TCP / IP. Le procédé de transmission encapsule maintenant les messages d'origine ( RS485 ) dans les trames proposées par ce standard, ce qui résulte en un système de réseau distribué bien adapté à l'automatisation industrielle.

• Principes de base.

  Présentation générale, définitions, usages.

• Caractéristiques.

  Liste de quelques unes des caractéristiques portant sur le câblage, la mémoire, la gestion des erreurs, les performances, la compatibilité avec d'autres systèmes etc.

• L'architecture.

  Présentation des composants de base, du module maître, des connexions directes et de l'architecture distribuée.

• Les procédés d'échange de données.

  Présentation des protocoles, du mode commuté, du mode série, des données de procédé, des données de service et des données événementielles.

• L'exploitation des équipements.

  Présentation des fichiers de configuration.

• Ressources.

  Présentation des spécifications et de quelques articles.

www.bh-automation.fr

« P-Net » est un bus de terrain destiné au contrôle des procédés de fabrication. Il est enregistré comme norme internationale sous la référence « IEC 61158 ». Cette technologie de communication en réseau a été développée par la société Proces Data au Danemark qui continue à la faire évoluer.

Ce système a été expressément conçu d'une part pour échanger des données avec des capteurs, des actionneurs ou des équipements de mesure, et d'autre part pour fournir des services de configuration des équipements aussi bien que des services de diagnostic.

Le modèle multi-maître / esclaves est utilisé pour procéder aux communications, en utilisant la technique de communication du jeton pour gérer les accès des stations maîtres ( le jeton est implémenté en tant que jeton virtuel ).

Le réseau supporte de multiples topologies ( en anneau, en étoile, arborescente ), il offre des capacités de segmentation ( technique multi-réseaux ), d'insertion à chaud ou de redondance et il est relativement indépendant pour ce qui concerne le support de transmission. Une de ses spécificités consiste en la possibilité de modifier l'adresse d'un équipement pendant que le réseau fonctionne.

Les spécifications du bus ont évolué avec l'intégration d'Ethernet TCP / IP. Le procédé de transmission encapsule maintenant les messages d'origine ( RS485 ) dans les trames proposées par ce standard, il en résulte un système de réseau distribué bien adapté à l'automatisation industrielle.

L'organisation des utilisateurs de P-Net fournit quelques informations techniques.

• Les bases de la technologie P-Net ( disponible également au format pdf en Allemand, en Anglais et en Russe ).

  Ce dossier présente les caractéristiques techniques principales du système, son historique et son architecture. Il développe étgalement des sujets spécifiques comme le « passage de jeton virtuel ».

www.p-net.dk / www.proces-data.com

La société « Proces Data » - à l'origine de la conception du système de communication numérique « P-Net » - présente dans ce dossier la technologie qu'elle a développée et comment l'utiliser au mieux.

• La première partie liste toutes les topologies disponibles pour mettre en œuvre un réseau : en anneau, en bus linéaire, sans fil, puis elle décrit comment mettre en place la redondance.
• La seconde partie explique comment intégrer P-Net dans les systèmes de réseau IP et comment installer de telles configurations : P-Net sur Ethernet IP, P-Net sur réseaux IP sans fil et P-Net avec Internet.
• La dernière partie porte sur des considérations de câblage et de raccordement.

www.proces-data.com

• PROFIBUS-DP : le réseau Profibus pour l'automatisation des usines  .

  www.profibus.com

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• Vous pouvez également consulter le manuel d'installation des réseaux Profibus / Profinet ( présenté dans le dossier sur les « bus de terrain » ) dans lequel vous trouverez beaucoup d'informations sur les aspects matériels tels que les supports de transmission, les topologies et les architectures possibles, le câblage, les connecteurs et les périphériques associés.

Le bus « Profinet-IO » ( bus Profinet spécialisé en tant que réseau de communication avec les capteurs et les actionneurs ) ne semble plus être d'actualité.

La solution retenue par la société Siemens pour répondre à ce besoin est le réseau Interbus, suite à un accord stratégique avec la société Phoenix Contact, et la fusion des technologies de chacune des deux sociétés. Malgré tout, par curiosité ou si vous en avez le besoin, vous pourrez lire avec profit une Introduction à Profinet IO proposée par www.rtautomation.com.

Vous trouverez également des informations techniques qui concernent les aspects matériels ( architecture, topologie, câblage ) dans le manuel de conception des réseaux Profibus / Profinet présenté par ailleurs.