Bus et réseaux

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Bus et réseaux

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2ème Colloque National
de la Performance Industrielle
LA MAINTENANCE A DISTANCE
& E-MAINTENANCE
RESEAUX INDUSTRIELS ET
TELEMAINTENANCE
Jean-Philippe LAMBERT – CIMI
BUS DE TERRAIN INDUSTRIELS : FINALITES
Simplifier le câblage des capteurs, (pré)actionneurs,
équipements de sécurité
Mesurer, commander, paramétrer et diagnostiquer de
façon précise et à distance
Contreparties :
Outils de paramétrages et de diagnostic complexes et variés
Veiller à la qualité des raccordements, règles de topologies
Interopérabilité : de multiples solutions chez de multiples
constructeurs...
Gestion des versions logicielles / firmwares
CIMI – Colloque « La maintenance à distance & E-maintenance » - 28 novembre 2013
AS-i : spécificités
Câblage : 1.5² multibrin, pas de blindage
Scrutation des E/S TOR < 10 ms garanti
Alimentation des esclaves via le bus, alimentation auxiliaire pour pré-actionneurs
Application typique : convoyage
Multiconstructeur : automates, capteurs, départs moteurs, variateurs, distributeurs, vérins,
boutons, voyants, dispositifs de sécurité...
Large offre IP67
Raccordements et configuration simples
AS-i : contraintes
Pas de routage ; données accessibles via
l’automate ou passerelle
Scrutation performante pour les E/S TOR
uniquement
62 esclaves maxi, 100m sans répéteur
4 E / 4 S TOR maxi par esclave
Alimentation spécifique (ou module de découplage
pour alim 24V classique)
Veiller à la qualité des équipements (étanchéité)
dans certains milieux (huile...)
AS-i : Passerelles
Connexion au bus/réseau de l’automate gestionnaire : Profibus,
ProfiNet, Modbus TCP...
Large choix de constructeurs
Peuvent intégrer 1 ou 2 maîtres ASi, l’alimentation ASi, un moniteur
de sécurité, un automate
Fonctionnalités réseau fréquentes : serveur Web, envoi d’e-mail
Bihl-Wiedemann
Siemens
IFM
Profibus-DP: spécificités
Très complet : E/S déportées, variation de vitesse et positionnement, IHM,
multi-maître, consoles
La plupart des constructeurs le proposent en option
Automates : intégré chez Siemens essentiellement
Selon le débit, de 100m à 1200m sans répéteur
Offres variées, surtout IP20.
125 esclaves maxi
Maître
Répéteur
Segment
Maxi 32 stations par
segment
Segment
Siemens
Segment
WAGO, Beckhoff
SEW
Profibus-DP : contraintes
Pas de routage (sauf via matériel Siemens) ;
données accessibles via l’automate ou passerelle
Programmation et diagnostic d’esclaves tiers parfois
délicate (pas de standard d’organisation des
données de process et de diagnostic, échanges
parfois non implicites, versions de fichiers GSD,
maître non Siemens)
Temps de scrutation difficile à évaluer et à contrôler
(voir utilitaire sur site Siemens)
CANOpen : spécificités
Applications types: modules d’E/S déportées, variation de vitesse, positionnement
Données process et de diagnostic standardisés par profil d’équipement
Gestion des échanges performante : modèle producteur/consommateur
La plupart des constructeurs le proposent en option
Automates : intégré sur logiciel Schneider Unity
Selon le débit, 25m à 1000m (pas d’extension par répéteur)
127 « esclaves » maxi
JVL
Schneider, B&R
CANOpen : contraintes
Pas de routage ; données accessibles via
l’automate ou passerelle
 Pas d’extension par répéteur
 Mise en oeuvre délicate sur Schneider PL7-Pro,
facilitée avec Unity
 Non déterministe (mais échanges optimisés)
 Offre constructeurs plus limitée

Ethernet Industriel :
pourquoi
Standards Ethernet éprouvés et toujours plus performants pour un coût
limité : RJ45, fibre, sans fil, 100Mbits/s Full Duplex
Topologie de type « bus » souvent proposée (daisy chain) : les
équipements intègrent un switch à 2 ports. 100 mètres maxi entre
équipements
Intelligence embarquée => Ethernet rend possible l’intégration de services
(Web, e-mail...) TCP/IP pour la configuration, le diagnostic, les alertes sur
chaque équipement
Lien simplifié vers IHM, MES, ERP...
Echanges entre équipements hétérogènes facilités (cependant les
protocoles restent spécifiques aux constructeurs)
Solution PoE : transmission de l’alimentation via le câble.
Interconnexion aisée aux réseaux WiFi
Ethernet Industriel : contraintes
Interopérabilité : les supports physiques sont standards (ou compatibles), ainsi que les
services TCP/IP usuels. Cependant, les protocoles diffèrent d’un constructeur à l’autre.
Ethernet est intrinsèquement non déterministe. Pour les applications nécessitant du « temps
réel » (ex : positionnement), différentes stratégies sont adoptées par les constructeurs,
basées sur une électronique et/ou des mécanismes d’échanges spécifiques.
Utilisation de connectique durcie, cordons blindés et switches industriels recommandée.
Anneau optique : meilleure disponibilité du réseau, mais nécessite souvent des switches de
même marque.
Phoenix contact
RJ45, SC (fibre), M12
IP67, autodénudants
Switch administrable Lantech
Filaire et optique M12, gestion d’anneau
Switch administrable Ethernet Direct
Filaire RJ45 et optique SC, gestion d’anneau
ProfiNet IO :
successeur de Profibus DP
Couche physique Ethernet spécifique pour ProfiNet IRT (mais compatible
avec Ethernet standard)
Développé par Siemens
2 variantes : ProfiNet RT (E/S), ProfiNet IRT (positionnement)
Solutions sans fil, passerelles Profibus/ProfiNet
Festo CPX
CPU IM151-8
Sinamics G120
ET200S
SEW Movidrive B
EtherNet/IP
(« IP » = « Industrial Protocol »)
Couche physique = Ethernet standard.
Initialement Rockwell. Schneider, nouvelle offre Omron « Sysmac »
Basé sur le protocole CIP (comme DeviceNet, ControlNet, Compobus). Modèle
producteur/consommateur.
Scrutation d’E/S, positionnement, IHM
E/S Advantech
Schneider
Lexium32 (servo), ATV32
Rockwell FlexIO,
Schneider ETB
Ilôts pneumatiques
Numatics,
Festo
Ethernet Powerlink
Couche physique Ethernet standard
Développé B&R Automation. Hilscher, Schneider, Staübli, Cognex
Philosophie CANOpen, avec un équipement « Manager »
Scrutation d’E/S, positionnement
Fonctionne sur Ethernet Half-Duplex (hubs conseillés !)
Variateur
(asynchrone)
Servo -variateur
Synchrone mono, multiaxe
Modules d’E/S IP20,
IP67
EtherCAT
Couche physique Ethernet spécifique, compatible avec Ethernet standard
dans une certaine mesure.
Initié par Beckhoff. Lenze, nouvelle offre Omron, ABB, Festo, Hilscher,
KEB, SEW, Schneider proposent des options.
Protocole basé sur CANOpen
Topologie de base : linéaire, chaque esclave re-émet vers le suivant. Le
retour des données vers le maître s’effectue par « rebond » sur le dernier
esclave.
Adressage topologique (automatique)
E/S ABB
CPU Beckhoff
E/S Beckhoff IP67
Servo var. Beckhoff
Servomoteurs 130W
Modbus TCP : le protocole ouvert
Couche physique = Ethernet standard.
Protocole réellement ouvert, gratuit, simple à intégrer
Limitation : échange de données (autres services possibles mais non
standardisés)
Proposé en natif ou option par la plupart des constructeurs et éditeurs de logiciels
Applications : GTB, IHM, automatismes « non temps réel »
Souvent utilisé entre équipements de marques différentes (automates, robots,
logiciels...)
Schneider
ICP DAS
Leroy
Wago
Communication inter-automates
Exemple 1 : Siemens Schneider, sans passerelle
Modbus RTU : équiper chaque automate d’un module liaison série
RS485
Modbus TCP : client/serveur intégré sur coupleur Ethernet Schneider.
Sur API Siemens S7, variable selon les versions de matériels.
Maître
Client
RS485
Modbus RTU
Ethernet
Modbus TCP
Esclave
Serveur
Communication inter-automates
Exemple 2 : Siemens Schneider, avec passerelle
Passerelle
Données
partagées
Profibus, MPI,
Industrial Ethernet
HMS Anybus
Unitelway, Modbus,
Modbus TCP sur Ethernet
B&B VLinx
Hilscher NetTap
OPC : Finalités
Au niveau informatique, accéder aux données
process (typiquement issues des automates) en
s’affranchissant des spécificités des différents bus et
réseaux de terrain
Standardiser des échanges de données entre
logiciels, localement ou par réseau
Basé sur TCP/IP : accès aux machines distantes
Serveurs OPC « constructeurs »
Clients OPC :
supervision, MES...
Communication OPC
Serveur
Serveur
Serveur
Ethernet
EtherNetIP
Modbus
RS232, RS485
ISO 8073 on TCP
Modbus TCP
Schneider
Serveur
Siemens
Rockwell
Eurotherm
Avantage : accès
simplifié aux données
process par leur nom :
gain de temps de
développement
Inconvénient : si parc
hétérogène => licences
multiples
Serveurs OPC « universels »
Clients OPC :
supervision, MES...
Communication OPC
Inconvénient : import des
noms des variables
« manuel »
Serveur
OPC
Ethernet
EtherNetIP
Modbus
RS232, RS485
ISO 8073 on TCP
Modbus TCP
Schneider
Siemens
Rockwell
Avantage : une seule
licence
Eurotherm
Accès à distance par internet
internet
internet
Liaisons sécurisées
Logiciel de conduite, diagnostic...
Connexion aux systèmes de contrôle-commande
(automates, supervision...)
Conduite
Diagnostic, mises à jour de programmes
Recueil de données pour préventif, prévisionnel...
VPN : réseau privé virtuel. La connexion via internet (cryptée)
est rendue transparente pour l’utilisateur
Accès à distance : exemple 1
Bus de terrain,
Ethernet indus.
Réseau inter entreprise
Ethernet, WiFi
Liaisons
sécurisées
Liaisons
sécurisées
Logiciel de conduite, diagnostic...
serveur
Un VPN est créé pour chaque connexion machine
Le modem doit posséder une connexion Ethernet ou bus de terrain
Le réseau de l’entreprise peut servir de support aux liaisons.
Solutions sans fil : GPRS, UMTS (« 3G »)
Adapté aux liaisons permanentes ou temporaires
Exemple de fournisseur :
Accès à distance : exemple 2
Connexion via le site du
fournisseur
Logiciel de
diagnostic/programmation
Liaison
sécurisée
Bus
propriétaire
ou Ethernet
Liaison
sécurisée
Réseau
Entreprise
Serveur
fournisseur
Prise en main à distance du
PC de l’entreprise,
téléchargement de données,
mises à jour logiciels...
Adapté aux interventions ponctuelles.
Nécessite un intervenant local ; le logiciel de diagnostic/programmation est
installé sur le poste local, et pris en main à distance par le télé-prestataire
Le PC de l’entreprise doit posséder une connexion Ethernet ou bus de
terrain
Le réseau de l’entreprise sert de support à la liaison sécurisée
Exemple de fournisseur :
(gratuit pour les particuliers)
Conclusion
La généralisation d’Ethernet TCP/IP sur les
équipements industriels ouvre la voie au diagnostic
à distance
Recueil de données terrain : pour pallier à la
diversité des protocoles, des solutions existent :
passerelles matérielles ou logicielles (OPC), ou
utiliser MODBUS TCP.
La démocratisation des solutions VPN rend les
équipements accessibles aux logiciels de diagnostic
et programmation.

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