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Les protocoles réseaux industriels

Dans l'article d'aujourd'hui,nous allons parler des réseaux industriels ou bus de terrain.Vous connaissez sans doute les réseaux informatiques qui sont utilisés pour connecter plusieurs ordinateurs ou matériels informatiques,de la même manière,les réseaux industriels,sont utilisés pour connecter des équipements industriels.Ces équipements industriels peuvent être des automates,des robots,des capteurs,des variateurs de vitesse ou des IHMs.

Si nous prenons l'exemple des réseaux informatiques,ceux-ci permettent d'établir la communication entre deux ordinateurs soit physiquement via un câble ou via une connexion sans fil comme le Wifi.Quand deux ordinateurs d'un même réseau s'échangent des données,celles-ci peuvent être transmises bit par bit c'est ce qu'on appelle transmission série ou par paquets de bits c'est ce qu'on appelle transmission en parallèle.Le taux de transmission sera souvent limité à une valeur maximale, de quelques bits par seconde, à des milliards de bits par seconde. Les communications ont souvent des distances limitées, de quelques mètres à des milliers de  kilomètres.
 

Un exemple d'un système de contrôle en réseau est représenté sur la figure. L'ordinateur et l'API sont connectés avec une  connexion RS-232. Cette connexion ne peut relier que deux périphériques. DeviceNet est utilisé par l'ordinateur afin de communiquer avec les différents actionneurs et capteurs. DeviceNet peut supporter jusqu'à 63 actionneurs et capteurs. Les entrées et sorties de l'API sont connectés normalement au système

Dans l'industrie on rencontre de nombreux protocoles de communication parmi lesquels on peut citer :l'EtherNet/IP, le CAN,le Powerlink,l'EtherCAT, le Modbus-TCP,le Modbus Série,le Profinet,le Profibus,le DeviceNet,le SERCOS III etc...

Au début, les usines comportaient des machines qui fonctionnaient presque mécaniquement,peut d'entre elles étaient équipées de systèmes de controle-commande sophistiqués comme les microcontroleurs et automates,cela rendaient la maintenance de ces machines souvent fastidieuses.Plus tard, avec l'essor de l'électronique,ces dispositifs mécaniques furent remplacés par des systèmes de contrôle-commande électronique qui vont doter ces installations d'une certaine intelligence.

Aujourd'hui,les différents équipements industriels peuvent facilement s'échanger des données via les bus de terrain qui deviennent de plus en plus élaborés.La quasi-totalité des équipements industriels sont aujourd'hui doter d'interface de communication leur permettant de communiquer allant des modules logiques programmables,aux robots industriels.

Conscient de l'importance des réseaux/protocoles de communication industriel,les grands groupes industriels ont décidés d'unir leur force afin de constituer des standards,c'est le cas par exemple de l'ODVA qui gère les protocoles DeviNet et EtherNet/IP.Avec la vulgarisation d'internet,certains procoles basés sur celui-ci voient le jour : c'est la naissance de l'Ethernet industriel.


Aujourd'hui,les bus de terrain sont utilisés dans des domaines aussi variés tels que la domotique (systèmes de détections fumée et incendie,les caméras de vidéosurveillance,les systèmes anti-intrusion,les détecteurs de mouvement,contrôle d'accès, systèmes de sécurité biométriques etc..), l'électricité avec le SmartGrid,l'aéronautique, la défense, la robotique etc...

Beaucoup de ces protocoles industriels ont d'abord été développé pour fournir un avantage technique concurrentiel pour leurs propriétaires,c'est le cas du procole Modbus qui a été initié par le groupe Modicon (aujourd'hui Schneider Electric).

Profibus

Profibus (www.profibus.com) fait partie des bus de terrain les plus utilisés dans le monde avec plus de 15 millions d'appareils installés à l'échelle mondiale.Profibus a une base d'appareils installés supérieure à tous les autres bus de terrain combinés.

Profibus a été créé comme un standard ouvert pour éliminer câblage point-à-point et de réduire de manière significative la conception, l'installation, les coûts de maintenance et la complexité pour l'automatisation industrielle, la sécurité, les détecteurs, et les applications de commande de mouvement. Les technologies Profibus clés sont maintenant inclus dans les normes IEC 61158 et IEC 61784.

Profibus International (PI), formé en 1989, a maintenant plus de 25 associations Profibus régional avec 1 300 sociétés membres, y compris les principaux fournisseurs PLC / DCS telles que Siemens, Hilscher, Invensys, GE Fanuc et Yaskawa. Plus de 400 ingénieurs contribuent à plus de 40 groupes de travail. Centres de compétences régionaux accrédités évaluer et approuver des solutions Profibus commerciales.

Profibus est adapté pour des applications telles que: les applications de sécurité pertinents qui ne utilisent pas une seconde couche ou ne sont pas répartis sur des dispositifs de bus spéciaux  Fail-Safe, comme des boutons-poussoirs d'arrêt d'urgence, pour des tâches d'automatisation de sécurité coordonnée séquence de déplacements de plusieurs détecteurs pour des applications incluant les engrenages électriques, disques de courbe et les arbres électroniques (classe 6) qui peuvent être mis en œuvre en utilisant la communication d'esclave à esclave et esclaves isochrones.

Profinet

Profinet (www.profibus.com) est un protocole de réseau industriel déterministe qui supporte de nombreux systèmes de bus de terrain de l'héritage existants tels que Profibus, DeviceNet, Interbus, Modbus, AS-Interface et IEC 61158-2 réseaux. Ce soutien de bus de l'héritage réduit la nécessité de l'équipement existant obsolète.
Il supporte la connectivité Ethernet complète compatible pour l'automatisation à base de composants, et permet la configuration avec des outils bureautiques standards comme SNMP et la surveillance basée sur un navigateur pour la configuration et maintenance à distance. Alternativement, on peut continuer à utiliser des outils similaires à ceux pour les systèmes Profibus.
L'Organisation mondiale du commerce Profinet (PTO) continue à ajouter de nouvelles fonctionnalités telles que la sécurité avancée, dans les nouvelles spécifications telles que PROFIsafe et PROFIdrive.

Ethernet / IP

Ethernet / IP (http://www.odva.org) est basé sur Common Industrial Protocol de Rockwell Automation (CIP). Cette norme de l'industrie de facto utilise Ethernet (IEEE 802.3) liaison de données et les couches physiques, avec TCP / IP et des couches de transport UDP / IP.
Les messages Ethernet/IP ont  des "longueurs de données illimité et sont« encapsulés »utilisant des composants standard pour Ethernet. Aucun protocole de fragmentation n'est nécessaire et il peut être utilisé en parallèle avec d'autres protocoles Internet bien connus tels que HTTP, FTP et SMTP.

Les performances de l'EtherNet / IP  dépend du système d'exploitation et des attributs tels que le temps de changement de la tâche, et de la pile TCP / IP,des caractéristiques telles que UDP-débit,un processeur 16 bit ne sont pas recommandés.Les  microcontrôleurs mettant en oeuvre ce protocole devraient être 32 bits avec au moins 50 MHz de fréquences d'horloge.
La mémoire vive (RAM) requis dépend du nombre de connexions et de la taille du buffer, et généralement entre 32 à 256 kilo-octets. La Mémoire morte (ROM) requis dépend du type de profil CIP mis en œuvre, et généralement entre 64 à 128 kilo-octets.

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