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Les protocoles réseaux industriels

Plusieurs systèmes de contrôle seront utilisés pour des procédés complexes. Ces systèmes de contrôle peuvent être des automates, ou d'autres contrôleurs incluant les robots, les terminaux de données et les ordinateurs. Pour que ces contrôleurs  travaillent ensemble, ils doivent communiquer. Ce chapitre examine les techniques de communication entre ordinateurs, et comment ceux-ci s'appliquent à des automates.
 

La forme la plus simple de la communication est une connexion directe par câble entre deux ordinateurs. Un réseau permet donc de  connecter simultanément un grand nombre d'ordinateurs sur une même source de données . Les données peuvent être transmises d'un bit à la fois en série, ce qu'on appelle la liaison série.Les bits de données peuvent aussi être envoyées 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 metres à des milliers de milles  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

Les protocoles réseau industriels comprennent EtherNet / IP, Ethernet Powerlink, EtherCAT, Modbus-TCP,Modbus Série,Profinet,Profibus,SERCOS III, et on en passe.
On va voir comment choisir un protocole  réseau industriel qui répond à nos exigences en termes d'installation industrielle.

Au début, les usines comportaient une panoplie de liaisons mécaniques qui rendaient l'installation et la maintenance fastidieuses. Grâce aux merveilles de l'ingénierie mécanique, ils ont été optimisés pour améliorer la production de l'usine. Puis avec la révolution de l'électronique,ces dispositifs mécaniques furent remplacés par des systèmes de contrôle commande électronique qui vont doter ces installations d'une certaine intelligence.

Ainsi, les méthodes de câblage point à point  complexes, furent rapidement remplacé par une approche de bus de terrain ou réseaux industriels.De nombreux fabricants commencent à mettre en œuvre des réseaux Ethernet et bus de terrain hybrides pour installation industrielle afin d'interconnecter des dispositifs allant de petits contrôleurs à main, de robots d'assemblage, les contrôleurs logiques programmables, aux grands nœuds de stockage de données et les centres de contrôle des opérations centralisées.

Au cours de cette évolution, les compagnies industrielles se sont unifiées afin de creer des protocoles uniques pour résoudre leurs problèmes.Les protocoles réseaux industriels sont rapidement convergent et s'inspirent des idées d'autres domaines, tels que les télécommunications et les réseaux internet.

Les groupes industrielles collaborent maintenant afin de partager la meilleure technologie de réseau et de contrôle à travers différentes applications. Nous commençons à voir les mêmes protocoles de réseau utilisés pour les applications critiques aussi divers que la gestion du système d'alimentation, la réseautique médicale, et aérospaciale.

Une vaste gamme d'applications peuvent bénéficier de protocoles de réseau industriels basés sur Ethernet, tels que:
 Les domaines de la domotique, des 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, l'électricité, les pupitres opérateur,les modules E / S ,l'aéronautique, la défense, la robotique etc...

Beaucoup de ces protocoles ont d'abord été développé pour fournir un avantage technique concurrentiel pour leurs propriétaires. Cependant, maintenant la plupart des clients ne veulent pas se laisser enfermer dans un seul fournisseur. Au lieu de cela, ils préfèrent des solutions qui permettent une plus grande flexibilité et l'interopérabilité entre les appareils de fournisseurs concurrents.
Examinons maintenant comment quelques-uns de ces protocoles traitent les problèmes industriels uniques dont nous avons parlé plus tôt. Vous remarquerez des similitudes frappantes pour tous les cas.

Profibus

Profibus (www.profibus.com) est le bus de terrain de premier plan dans le monde. Avec plus de 15 millions d'appareils installés à l'échelle mondiale, Profibus a une base installée supérieure à tous les autres bus de terrain combinées.

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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