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WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Busde terrain et lesréseauxindustriels :le contenu dela présentation
1. Introduction : Quelques définitions
2. L’évolution des systèmesd’automatisation et de communication industrielle
3. Réseaux/Bus de Terrain et les architectures des systèmesd’automatisme
4. Classification des Bus deTerrain et la pyramideC.I.M.
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Principales références
1. F.Klasen,V.Oestreich, M.Volz(Eds):« Industrial Communication with FieldbusandEthernet »;VDEVerlag GmbH,Berlisn,
Offenbach 2011
2. Documents et Présentations disponibles sur les sites spécialisés
AS-International: www.as-interface.net/
CAN in Automatione.V. www.can-cia.org
CC-LinkpartnerAssociation(CLPA) : www.clpa-europe.com
EPSG : www.ethernet-powerlink.org,www.open-sagety.org
ETG : www.ethercat.org
FieldbusFoundation: www.fieldbus.org
HART: www.hartcomm.org
ModbusOrganization,Inc www.modbus.org
ODVA (DeviceNet, Ethernet/IP): www.odva.org
PROFIBUS& PROFINET International(PI): www.profibus.com
SERCOS : www.sercos.org
3. Plusieurs articles dans «Control Engineering »,«Industrial Ethernet Book »,et autre revues techniques
4. Les présentations et articles sur les différents sites WEB (professionnelsetprivés)
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Busde terrain et lesréseauxindustriels :PremièrePartie
1.
Introduction :
Quelques définitions
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Busde terrain et lesréseauxindustriels :Avantpropos
Quelques termes utilisés en parlantdu réseau/bus deterrain :
1. BUS (dans le sens de l’informatique industrielle) :
Un conducteur ou plusieurs conducteurs, communs à plusieurs circuits, permettant de les connecter ensemble afin d’échanger les
données entre l’équipement connecté
2. ARCHITECTURE (Topologie)
La manière de répartirl’équipement communicant et les fonctions du traitement des données
3. RESEAU
L’ensemble des moyens de communication permettant aux différents systèmes éloignés decommuniquer etd’échanger des données
(informations) entre eux
4. RESEAU LOCAL INDUSTRIEL
Réseau de communication numérique entre les équipements industriels éloignés (déportés)
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Busde terrain et lesréseauxindustriels :Avantpropos
5. BUS DE TERRAIN
Letermegénériqued’unRéseau Local Industrieldédié auxsystèmesdel’automatismeindustrielet reliantdifférentstypesd’équipement
d’automatisation:
– Entrés/Sorties(Capteurs/Actionneurs)déportées
– AutomatesProgrammables
– Equipementspécifique(Variateurdevitesse,TerminauxIHM,SystèmesRFID,…)
– Calculateurs
– …
6. Lesdifférences entre un Réseau etleBus deTerrain ?
Théoriquementaucune.
Ils’agitd’unedifférenced’ appellationdue auxdifférentsmétiersconcernés impliqués:
Pourlesingénieursd’orientation« électricien/mécaniciens»:
- le termeréseauxsignifiele réseauélectrique;donc ilspréfèrentle nom BUS (de terrain)
Pour desingénieursd’orientation« informatique/électronique»:
- le termegénérique«bus»resteuneliaisonsentrelescartesduPCouunetopologieduréseau informatique; donc ilspréfèrentle nom
RESEAU(local industriel)
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Busde terrain et lesréseauxindustriels :PremièrePartie
2.
L’évolution des systèmes d’automatisation
et
de la communication industrielle
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Introduction:Evolutiond’automatismeet l’émergence desBusde Terrain (1)
1968: StéGould-Modicon présente lepremier Automate Programmable : MODICON-084
Peuaprès,lespremiersréseauxapparaissentsousforme deliaisonsérie(RS232,Boucledecourant)
Ilsselimitent aux casoùle câblageTOR ne suffitpas
- laconnexiondesconsolesdeprogrammation
- lesliaisonsavec lescalculateurs
- lesliaisonsavec desconsolesIHMet la supervision
- lesliaisonsinter-automates
1973: Présentation du concept ETHERNET par R.Metcalf(XEROX)
1975: Publicationduconcept deTCP/IP par R.Khan(DARPA)
1979: Publication de la spécification du protocoleMODBUS
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
1979 : Spécification du protocole MODBUS
1983 : Apparition du standard RS422/RS485 ;la spécification du Ethernet V2
1984 : Publication du modèleréseau OSI comme le standard ISO 7498
1985-… Lespremières solutions « Réseaux Industriels» :
- basées sur la liaison série RS422/RS485,
- du type Maître-Esclave, avec des services limités,
- permettant de créer des architectures distribuées/décentralisées :
- MODBUS/JBUS (Modicon,SMC,April et autres)
- SINEC L2 (ZP), 3964R (Siemens)
- UniTelway (Télémécanique)
- DF1/DH+ (AllenBradley)
- SucoNet (Klockner Moeller)
- Sysmac Way (OMRON)
- FESTO Bus (Festo)
Introduction:Evolutiond’automatismeet l’émergence desBusde Terrain (2)
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
1990 : Premiers contrôleurs/ASIC’s dédiésaux réseaux :
CAN(Bosch), SUPI(Phoenix Contact), FIP(Télé)
1991 - … Les premières réalisations de « vrais »Réseaux /Bus deTerrain industriels
Cessolutions« standard-propriétaire»sontbaséessurlescontrôleursspécialisés,
Utilisateursetconstructeursregroupésdansdesorganismesdominésparles principauxacteursdu marchéd’automatisme(Siemens,
Rockwell, Schneider,Bosch)
- Profibus (DP/FMS/PA)
- INTERBUS S
- DeviceNet/ControlNet
- CANopen
- SERCOS (I/II)
- AS-Interface
- CCLink
- WorldFIP
1994 : naissance de FieldbusFoundation, HART
l ’arrivé du WEB(Internet) et d’Ethernet Industriel (spécificationModbus TCP)
Introduction:Evolutiond’automatismeet l’émergence desBusde Terrain (3)
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
1999 : Ethernet TCP/IPest proposé par IECcommelemodèleduréseau deterrain
2000 -… : Plusieurs solutions Ethernet Industriel disponibles sur lemarché :
ModbusTCP,Ethernet/IP, ProfiNET, EtherCAT, POWERLINK, CC-Likn-IE, FF-HSE, SERCOS-III, …
2005 : Wireless HART accepté comme le réseaux sans fil pourle « Process »
2008 : ISAprésente une spécification du réseau sans fil « universel » :ISA100-Wireless
2010 : IO-LINK (interface capteur/actionneur);
l’implémentations des fonctions sécurité sur Ethernet Industriel :
CIPSafety(EIP), OpenSafety(ProfiNET,EPL,ModbusTCP,SERCOSIII), FSoE (EtherCAT)
Introduction:Evolutiond’automatismeet l’émergence desBusde Terrain (3)
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Evolutionde la communicationindustrielle (en automatisme)
1975 1985 1995 2005 20101973
Transmissionde signaux:
- Pneumatique: 0.2 –1 at
- Electrique :4-20 mA /0-10V
Transmissiondonnées:
- RS232/Boucle de courantV24
Ethernet/ TCP RS422/485
1983 1990
CAN bus/WWW
Ethernet (NCP,TCP)
Modbus RTU
Ethernet (SINECH1)
Remote IO
-Modbus/JBUS
-Sinec L2
-UniTeleway
-DF1/DH+
-FESTO Bus
-3964R
-SucoNet
-Sysmac way
- …
Ethernet TCP/IP
Modbus RTU/ASCII/+
FieldBus
-WorldFip(FIPIO,FIPWAY)
-INTERBUS
-PROFIBUS DP/FMS
-DeviceNet/ControlNet
-CANopen
-SERCOS I& II
-AS-I
-CC-Link
-Foundation FB
-HART protocol
Safety Bus
Ethernet TCP/IP
- WEBServer(embedded)
Modbus (TCP/RTU)
Industrial Ethernet
-EtherCAT
-POWERLINK
-Ethernet/IP
-PROFINET IO
-SERCOS III
-CC-Link IE
-FFHSE
FieldBus
-PROFIBUS DP/PA
-DeviceNet
-CANopen
-SERCOSII
-AS-I
-CC-Link
-FoundationFB
-HARTprotocol
Sensor/Actor Bus
-IO-Link
-SmartWire (Eaton)
-CP-I/I-Bus(Festo)
19791968
API
Modicon-084
WirelessHART
WirelessNetworks
-wirelessHART,
-ISA100Wireless
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Evolutionde la communicationindustrielle (en automatisme)
1975 1985 1995 2005 20101973
Transmissionde signaux:
- Pneumatique: 0.2 –1 at
- Electrique :4-20 mA /0-10V
Transmissiondonnées:
- RS232/Boucle de courantV24
Ethernet/ TCP RS422/485
1983 1990
CAN bus/WWW
Ethernet (NCP,TCP)
Modbus RTU
Ethernet (SINECH1)
Remote IO
-Modbus/JBUS
-Sinec L2
-UniTeleway
-DF1/DH+
-FESTO Bus
-3964R
-SucoNet
-Sysmac way
- …
Ethernet TCP/IP
Modbus RTU/ASCII/+
FieldBus
-WorldFip(FIPIO,FIPWAY)
-INTERBUS
-PROFIBUS DP/FMS
-DeviceNet/ControlNet
-CANopen
-SERCOS I& II
-AS-I
-CC-Link
-Foundation FB
-HART protocol
Safety Bus
Ethernet TCP/IP
- WEBServer(embedded)
Modbus (TCP/RTU)
Industrial Ethernet
-EtherCAT
-POWERLINK
-Ethernet/IP
-PROFINET IO
-SERCOS III
-CC-Link IE
-FFHSE
FieldBus
-PROFIBUS DP/PA
-DeviceNet
-CANopen
-SERCOSII
-AS-I
-CC-Link
-FoundationFB
-HARTprotocol
Sensor/Actor Bus
-IO-Link
-SmartWire (Eaton)
-CP-I/I-Bus(Festo)
19791968
APIModicon
WirelessHART
WirelessNetworks
-wirelessHART,
-ISA100WirelessE/Sdéportées,
Architecturesdistribuées
Réseaux/BusdeTerrain
EthernetIndustriel
Réseauxsansfil
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Evolutionde la communicationindustrielle (migration vers Ethernet RT)
Source:
SERCOS International
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Evolutionde la communicationindustrielle pour E-drives (MotionControl)
Source:
SERCOS International
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Réseaux/Busdeterrain etles principaux constructeursdesAPI
Nouveaux
arrivants
Etencore :
Supportéprincipalement
par:
- BOSCHREXROTH,
- SchneiderElectric,
- Rockwell,
- Siemens,
- FESTO,
- ABB,
- …
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Réseaux/Busdeterrain : Le bilan pour 2014
• L’évolutiondessolutions« Busde Terrain,Réseaux»n’apasamenédesnouveauxacteurssurle marchédeproduitsd ’automatisme
• Malgrél’existencedesorganisations« du support»(+/-ouvertes),le marché Réseaux/Busde terrainerestedominépardesgrandsconstructeursdesAPI,
– Profibus/ProfiNET Siemens
– FF/FF-HSE,HART Emerson,Siemens,Schneider
– DeviceNet/ControlNet/EthernetIP Rockwell(AB), Schneider,OMRON
– InterbusS, ProfiNET Phoenix Contact
– CC-Link/CC-Link-IE MitsubishiElectric
– CANopen Schneider
– AS-I Siemens,Schneider,Mitsubishi
– SERCOS/SERCOSIII Bosch,Rockwell, Siemens,Schneider,ABB
• Seulementpourdessolutions propriétaires,baséessur EthernetIndustriel, les deuxnouveauxconstructeurssesontimposés,dansle domaine
«MotionControl»
• EtherCAT développéparlaSté Beckhoff(D)
• EthernetPowerLink , développéparlaStéB&R(A)
• Parcontre,lenombrede fournisseurs d’équipement« périphérique»pourdesRéseaux/Busde Terrain (E/S,l’équipement
spécialisé,laconnectique,…) a explosé …
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Busde terrain et lesréseauxindustriels :PremièrePartie
Réseaux/Bus de Terrain
et
les architectures des systèmes d’automatisme
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Busde Terrain et lesarchitectures dessystèmesd’automatisme
Architecturecentralisée
- LiaisonsE/S« fil-à-fil»
- Liaisonssériesdédiées
- Cartesd’interfaceE/S spéciales(RFID,
IHM,..;)
Bus de Terrain
- Touslescomposantsconnectésà
unecarted’interface« Réseau»
SourceSchneiderElectric, CTN°197
Lestechnologies« Réseaux/busde
terrain»
ontcomplètementchangé
les architectures desystèmes
d'automatisation:
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Réseaux/BusdeTerrain et les architecturesdessystèmesd’automatisme
L’impacte des Réseaux/bus deterrain sur l’architecture de systèmes d'automatisation :
• Leremplacementdu câblage filairetraditionnel desentrées/sorties
• Uneréductionradicale(voirsuppression)descartesetdescâblesd’entrées/sorties
• Unedisparitiondesinterfaces E/Sspécialisées(RFID,motorisation,IHM,…)
• Ladisparitiondes liaisons sériedédiées (leparamétrage,diagnostique,dialogueHM, …)
• Une décentralisationdu traitementetunerépartitiondel’intelligence (la modularité,communicationinter-automates,les performances,la
réactivitéetla robustesseaccrues,…)
• Lastandardisationde l’intégrationdes composants hétérogènesetspécifiques (RFID, variateursde vitesse,IHM,analyseurs,pesage,vision,…)
• L’implémentationdes nouvelles technologies (« Safety», OPC,Internet,…) aucœurdu systèmed’automatisme

WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Réseaux/BusdeTerrain et les coûtsd’une installation automatisée(1)
Les technologiesréseaux/bus de terrainontréduitconsidérablement les coûts d’uneinstallationautomatiséeà chaqueétapedesonexistence,depuissa
conceptionjusqu’àsondémantèlement:
• Lescoûts dela conception :
• La modularitéet lastandardisationdescomposants,
• La simplicitéde connexions à réaliser(parrapportaucâblagetraditionnel)
• le nombrede câbleset de répartiteursnécessairesdiminue,de même que levolume desarmoires
• Lescoûts dela réalisation (fourniture,installationet mise enœuvre)
• La réductionducâblageet unesuppressionde certainéquipementdédié(p.ex. liaisonsséries)
• Une simplificationdestravauxdecâblage(lescâblesetlesconnecteurs)
• Une meilleuremodularitéet l’uniformisationsdescomposants
• Simplificationdesparamétrages,réglages, destestset dudiagnostic

WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Réseaux/BusdeTerrain et les coûtsd’une installation automatisée(2)
• Lescoûts d’exploitation
• Une meilleuremodularité et l’uniformisation descomposantsaméliorelarobustesseet facilitele diagnostic
• Une meilleurerobustesse réduitle nombreet lescoûtsdespannes
• Le meilleur diagnostic réduitlestempset lescoûts d’arrêtsde production
• Lescoûts d’évolution, derénovation et/ou du démantèlement
• Le remplacement d’uncomposantet/oula miseà niveaude l’installationsontconsidérablementsimplifiés
• Une réductiondescoûtsdu« câblage/dé-câblage»
• Les meilleurspossibilitésderéutilisationdumatériel

WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Réseaux/BusdeTerrain : lescontrepartieset lescontraintes (1)
Lestechnologiesréseaux/busdeterrainontaussiapportéquelques problématiquesnouvellesqu’ilfauttoujoursprendreen comptedanslaconceptiond’un
systèmed'automatisme:
• Lescontraintes deperformance :
• Lescontraintes liées à l’environnement de l’application
• Les nombredesappareilset l’alimentationdeséquipementsraccordés
• Les contraintestopologiques,lesdistancesrequises,la qualitédesraccordements
• Le milieu detravail (lesperturbationsEM,l’étanchéité,lemilieu agressif,explosif,…)
• Lescontraintes d’exploitation
• La fiabilitéet toléranceauxpannes: une défaillancedubuspeutbloquerlatotalitédel’application
• La stratégiedemaintenanceet dudiagnostic(démarches,équipementsd’infrastructure,outils)
• Lescontraintes temporelles
• Le temps cycleduréseau
• Le temps deréponsemaximal en fonctiondunombre desE/S
• Les vitessesdetransmissionet lesdébitsdesdonnéesnécessairesàl’application
• Le déterminismeet la synchronisationd’équipements

WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Réseaux/BusdeTerrain : lescontrepartieset lescontraintes (2)
• Les limites technologiques et organisationnelles
• Le choix dela technologie « Réseau » (p.ex. le
comportement« tempsréel» estdifférentdanschaqueréseau)
• Lesproblèmes decybersécurité (le virus, lesintrusions,unemalveillance,…)
• Lesinvestissements nécessaires etla disponibilité(deséquipementsgérés)
• La pérennité etla maturité du réseau:
• La standardisation d’équipement et sonconformitéauxnormes,
• l’interopérabilitéet l’interchangeabilitédescomposants
• La notoriétéet lesgarantiesd’unconstructeur(fournisseur)
• Lescompétences nécessaires et les besoins en formation
Quel réseau
pour mon projet
?

WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Busde terrain et lesréseauxindustriels :PremièrePartie
Classification des Bus de Terrain
et
la pyramide C.I.M.
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
ClassificationdesBusde Terrain et la pyramideC.I.M.(1)
Niveau 0
Outillage, équipement de production
Capteurs/Actionneurs
Niveau 1
Machine
Ilots/drives/robot/IHM/RFID
Niveau 2
Atelierde production
Contrôleurs,SCADA
Niveau 3
Entreprise
M.E.S
SensorBus : Bus Capteur/Actionneurs
DeviceBus : Bus deTerrain 1:Bus d’équipement périphérique
FieldBus : Réseau/Bus deTerrain 2:Echange données
DataNetwork : RéseauInformatique/Ethernet
• Une proposition de classification des solutions réseau peut être associée
à la pyramideC.I.M.
• Ellepropose
• les familles deréseaux (lesclassesde bus)
• leurposition dansunearchitecturetypiquedel’usineetdusystème
d’automatisme
• Ellepermet de rapidement identifier :
- lazoneoù le busdeterrainassurele fonctionnementoptimaldu
systèmed’automatisme,
- lesbesoins qu’ilfautmettreenavantpendantle choixd’unbusetde ses
architectures
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
ClassificationdesBusde Terrain et la pyramideC.I.M.(2)
Niveau 0
Outillage, équipement de production
Capteurs/Actionneurs
Niveau 1
Machine
IIlots /drives/robot/IHM/RFID
Niveau 2
Atelierde production
Contrôleurs,SCADA
Niveau 3
Entreprise
M.E.S
SensorBus : Bus Capteur/Actionneurs
DeviceBus : Bus deTerrain 1:Bus d’équipement périphérique
FieldBus : Réseau/Bus deTerrain 2:Echange données
DataNetwork : RéseauInformatique/Ethernet
Sensor (Actor)Bus
• Unréseau(bus)dubasniveau,au plus prèsdes capteurset
d’actionneurs
• Unbusaux tempsderéponsetrèscourts(ne peutpasdépasser
quelquesmillisecondes)
• Levolumedes données échangéesestfaible, limitéauxstrictminimum
• Fiabilitéoptimale;le réseauxdoitbienfonctionner mêmedansles
conditionslesplusdifficiles
• Echanges, le plussouventcycliques, limitéesauxdonnéeslesplus
élémentairestellesqueles étatsdes entrées(Capteurs)ou des sorties
(Actionneurs)
• Paramétrageà distancepossible
• Exemple :AS-I,HART,CompoBus,IO-Link(?)
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
ClassificationdesBusde Terrain et la pyramideC.I.M.(3)
DeviceBus
• Réseau/Busd’équipementpériphériqued’automatismesqui couvrele domainede
laproduction,etdelacommunicationdubasniveau(précédemmentcouvertparle
conceptde FieldBus).
• LesDevicesBussontdes réseauxdehautevitesseet
déterministe.
• Unréseau(bus)dutypeMaster-Slave,autempsde réponsetrèscourts avecdes
tramesallantdequelquesdizainesd’octetsjusqu’à256octets
• Echanges le plussouventcycliques ou événementiels,pourdesdonnées
«process»aveclevolume des données échangéesrelativementfaible
• Leparamétrageet diagnosticà distancepossible(defaçonacyclique)
• Exemple :DeviceNet,ProfibusDP,CANopen,CC-Link,SERCOSet aussiProfiNet
RT, EtherCat,PowerLink
Niveau 0
Outillage, équipement de production
Capteurs/Actionneurs
Niveau 1
Machine
Ilots/drives/robot/IHM/RFID
Niveau 2
Atelierde production
Contrôleurs,SCADA
Niveau 3
Entreprise
M.E.S
SensorBus : Bus Capteur/Actionneurs
DeviceBus : Bus deTerrain 1:Bus d’équipement périphérique
FieldBus : Réseau/Bus deTerrain 2:Echange données
DataNetwork : RéseauInformatique/Ethernet
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
ClassificationdesBusde Terrain et la pyramideC.I.M.(4)
FieldBus
• Réseau/Busde communicationentreunités«intelligentes» des
machines/cellules (API, SCADA,CNC,Robots,…),qui coopèrentdansl’exécutionde
processus
• Leséchangessontprincipalement événementielspourdesdonnées« process»etle
traitementdesalarmes,ouacycliques pourle paramétrage,le téléchargementde
programmes,…
•Lesvolumesde donnéeséchangéspeuventêtreassezimportants(lesdébits
importants)
• Exemples : ControlNet,Modbus+,EthernetTCP
(actuellementremplacéspar dessolutions Real-TimeEthernet)
Note :
• LesFieldBussontsouventorientés«procédéscontinus» à bassevitesse.
•Exemples: PrifibusPA,FieldBusFoundation,ModbusTCP…
Niveau 0
Outillage, équipement de production
Capteurs/Actionneurs
Niveau 1
Machine
Ilots/drives/robot/IHM/RFID
Niveau 2
Atelierde production
Contrôleurs,SCADA
Niveau 3
Entreprise
M.E.S
SensorBus : Bus Capteur/Actionneurs
DeviceBus : Bus deTerrain 1:Bus d’équipement périphérique
FieldBus : Réseau/Bus deTerrain 2:Echange données
DataNetwork : RéseauInformatique/Ethernet
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
ClassificationdesBusde Terrain et la pyramideC.I.M.(5)
DataNetwork
• Réseau/Businformatiquequi permetle transfertde fichiersetdegrands
volumesdedonnées(entrela supervisionetle systèmed’informationdu sitede
production).
• Ce réseauassureaussilamessagerieainsiqu’unpassageversl’Internetet
multimédia.
• Leséchangessontprincipalementévénementielsetdestempsde réponsenon-
critiques.
• Danslamajoritédescas,il s’agitderéseauxinformatiquesdutypeEthernet,
plutôtque de réseauxd’automatismes.
Niveau 0
Outillage, équipement de production
Capteurs/Actionneurs
Niveau 1
Machine
Ilots/drives/robot/IHM/RFID
Niveau 2
Atelierde production
Contrôleurs,SCADA
Niveau 3
Entreprise
M.E.S
SensorBus : Bus Capteur/Actionneurs
DeviceBus : Bus deTerrain 1:Bus d’équipement périphérique
FieldBus : Réseau/Bus deTerrain 2:Echange données
DataNetwork : RéseauInformatique/Ethernet
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
27/01/2015
Rappel: Classificationdes Bus deTerrain (2)
DeviceBus
Plant/machine
supervision/management
Complexity
of application
[sensors&actuators]
> 90%Digital
> 20%analogue
DataPre-
processing
> 20%closedloop
Elect/Mec
Manually
Operating
Workspaces
Automation
Devices/Cells
Machine/station
oriented
Productionlines
Robots
Automation
plants
Communication
MotionControl
I/OBus
FieldBus
Industrial Ethernet
(RTE)
Factory Network : EthernetTCP/IP, Internet
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
27/01/2015
TERRAIN/MACHINE
(Equipement, E/S)
fonctions élaborés
TERRAIN
(Capteur/Actionneur)
fonctions simples
CELLULE/ LIGNE
Bus de Terrain
(Contrôle/Coordination)
Réseau d’USINE
( Gestion)
( Contrôle Production )
Ouverture vers
le monde
Gestion événements
Lecture/Ecriture E/S
Téléchargement
(plusieurs octets, mots)
Fonctions simples
Lecture/Ecriture
Capteurs/Actionneurs
(bits,octet)
Tâches de Ctrl
Supervision,Config.
Communication
(trames, paquets)
Gestion, Coordination
Messagerie, Routage
Transfert Fichiers et
Programmes
Contrôle Qualité
ClassificationdesBusde Terrain (3)
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
ClassificationdesBusde Terrain et la pyramideC.I.M.(4, un autre point de vue)
Source: Texas-Instrument:IndustrialCommunicationSolutions Guide 2013
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
ClassificationdesBusde Terrain et la pyramideC.I.M.( 5, un autre point de vue)
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Industrie4.0/ Internetof Things
Bus deTerrain/ lapyramideCIM:unevision obsolète ?
• Àl'heure actuelle, lacommunication industrielle dans des systèmes d'automatisation est organisée
de manière hiérarchique (CIM),des appareils du terrainjusqu'à l'ERP.
• Cesstructures hiérarchiques de réseaux actuels sont optimisées pourrépondre auxbesoins de
chaque couche en matière du volume de données échangées, du déterminisme, de sécurité, des
conditions environnementales, etc…
• Le concept de technologie « INDUSTRIE 4.0 »est basé sur l‘Internet desobjets (IdO, Internet
of Things) qui représente les réseaux de plusieurs dispositifs intelligents interconnectés;
où lemaillage horizontal entre les systèmes est dominant.
lapyramideCIM:unevisionobsolète?
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Industrie4.0/ Internetof Things
Bus deTerrain / lapyramideCIM:unevision obsolète ?
•Le principe «INDUSTRIE4.0»est basé sur
1) l’individualisation desproduits (le suivi «à vie »)
2) la modularisation, décentralisation et la virtualisation des moyens de
production.
•Ceci suppose :
- unedisponibilitécontinue des moyens de production
- uneflexibilité; une capacité du changement des structures de production pour
fabriquer les produits différents (selonleplandeproductionencours).
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Industrie4.0/ Internetof Things
Bus deTerrain / lapyramideCIM:unevision obsolète ?
• Industrie 4.0 : Lesstructures hiérarchiques decommunication deviennent obsolètes.
• Les exigences de l’INDUSTRIE 4.0 ne sont pas compatibles avec l’approche hiérarchique et rigide proposée parla pyramide
CIM.
• Ce qui est nécessaire est un système sans hiérarchies qui permet à tous les participants d’ accéder à toutes les informations
pertinentes.
• Cela nécessite un réseau qui permet l'échange d'informations entre les appareils connectés, partout età chaque
instant; un réseau basés sur le TCP/IP : Internet (Real Time).
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Structures du réseau pour l‘INDUSTRIE 4.0 doivent être optimisés pour supporter
- les systèmes flexibles deproduction
- les configurations changeantes (topologies, données échangées) de contrôle-commande
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Factory Automation:
• Implémentation de latechnologie numérique auniveau du terrainest forte
• Les réseaux (bus) de terrain« classiques » seront encore présents quelques années
• Mais,ils seront remplacés pardes solutions Ethernet Industriel qui proposent actuellement toutes les fonctions relatives au
contrôle-commande et l’intégration dans le monde IT
• les challenges majeures :
- une fortedensité d’équipement hétérogène dans les espaces limités
- une fortedemande d’ouverture del'automatisation aux échanges de données typique
pour ces systèmes hétérogènes avec les systèmes IT (Internet)
- l’environnement àrisque d’accident (p.ex. en présence des humains)
• Ilfaut aussi attendre ledéveloppementdessolutions sans fil (wireless)
Exemple : ProfiNet WSAN-FA =IEEE 802.15.1 =WISA
FieldLevel: IEEE 802.11 = BlueTooth
Réseaux/Busdeterrain :Le bilan pour2014: remarquespersonnelles(1)
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
27/01/2015
39
L'utilisation exclusive d'Ethernet Industriel pourtoutes les fonctions relatives au contrôle-commande peut poser quelques problèmes:
•Les composants debasniveau (p.ex. les terminaux pneumatique, les régulateurs PID, les stations distantes d'E/S) ont généralement un
petitprocesseur incapable degérer le trafic élevé sur le réseau. (En particulier,pourtousquiconcerneletransfertdefichiersoule
broadcasting(traficdediffusion)).
•La communication TCP/IP(Internet) n’est pas 100% déterministe, (Celapeutentraînerdesproblèmesde
synchronisationlorsquedelamiseenœuvred’unesolutiond’automatismeoùletempscycleassezcourtestdemandé).
•Il y a un risque que les protocoles de communication de différents participants peuvent être incompatibles, malgré interopérabilité
théorique/annoncée. (p.ex. API-API, API-IHM, API-edrive).
C’est pourquoi,une forte croissance dessolutions avec IO-Link qui permettent de connecter l’équipement de bas niveau et d’assure
une transmission numérique des données hétérogènes (digitales, numériques et analogiques) aux stations réseau
Réseaux/Busdeterrain :Le bilan pour2014: remarquespersonnelles(2)
Factory Automation
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
Réseaux/Busdeterrain :Le bilan pour2014: remarquespersonnelles(3)
WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie
27/01/2015
Process Automation:
• Les réseaux (bus) de terrain« classiques » seront encore présents sur le marché dans les 5 années suivantes.
• Implémentation de latechnologie numérique auniveau du terrainreste encore assez faible;
• les obstacles majeures :
- l’équipement hétérogène, géographiquement dispersé (les distances)
- une forteprésence des données analogiques
- l’environnement àrisque (p.ex. le milieu explosif)
• C’est pourquoi, une forte présence des solutions HART qui permettent une transmission numérique et analogique de données de
processus
• Ilfaut aussi attendre ledéveloppementdessolutions sans fil (wireless)
Exemple : ProfiNetWSAN-PA =IEEE 802.15.4 =Wireless HART
Réseaux/Busdeterrain :Le bilan pour2014: remarquespersonnelles(4)
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Formation Bus de Terrain FR _Partie 1_ General

  • 1. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Busde terrain et lesréseauxindustriels :le contenu dela présentation 1. Introduction : Quelques définitions 2. L’évolution des systèmesd’automatisation et de communication industrielle 3. Réseaux/Bus de Terrain et les architectures des systèmesd’automatisme 4. Classification des Bus deTerrain et la pyramideC.I.M.
  • 2. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Principales références 1. F.Klasen,V.Oestreich, M.Volz(Eds):« Industrial Communication with FieldbusandEthernet »;VDEVerlag GmbH,Berlisn, Offenbach 2011 2. Documents et Présentations disponibles sur les sites spécialisés AS-International: www.as-interface.net/ CAN in Automatione.V. www.can-cia.org CC-LinkpartnerAssociation(CLPA) : www.clpa-europe.com EPSG : www.ethernet-powerlink.org,www.open-sagety.org ETG : www.ethercat.org FieldbusFoundation: www.fieldbus.org HART: www.hartcomm.org ModbusOrganization,Inc www.modbus.org ODVA (DeviceNet, Ethernet/IP): www.odva.org PROFIBUS& PROFINET International(PI): www.profibus.com SERCOS : www.sercos.org 3. Plusieurs articles dans «Control Engineering »,«Industrial Ethernet Book »,et autre revues techniques 4. Les présentations et articles sur les différents sites WEB (professionnelsetprivés)
  • 3. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Busde terrain et lesréseauxindustriels :PremièrePartie 1. Introduction : Quelques définitions
  • 4. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Busde terrain et lesréseauxindustriels :Avantpropos Quelques termes utilisés en parlantdu réseau/bus deterrain : 1. BUS (dans le sens de l’informatique industrielle) : Un conducteur ou plusieurs conducteurs, communs à plusieurs circuits, permettant de les connecter ensemble afin d’échanger les données entre l’équipement connecté 2. ARCHITECTURE (Topologie) La manière de répartirl’équipement communicant et les fonctions du traitement des données 3. RESEAU L’ensemble des moyens de communication permettant aux différents systèmes éloignés decommuniquer etd’échanger des données (informations) entre eux 4. RESEAU LOCAL INDUSTRIEL Réseau de communication numérique entre les équipements industriels éloignés (déportés)
  • 5. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Busde terrain et lesréseauxindustriels :Avantpropos 5. BUS DE TERRAIN Letermegénériqued’unRéseau Local Industrieldédié auxsystèmesdel’automatismeindustrielet reliantdifférentstypesd’équipement d’automatisation: – Entrés/Sorties(Capteurs/Actionneurs)déportées – AutomatesProgrammables – Equipementspécifique(Variateurdevitesse,TerminauxIHM,SystèmesRFID,…) – Calculateurs – … 6. Lesdifférences entre un Réseau etleBus deTerrain ? Théoriquementaucune. Ils’agitd’unedifférenced’ appellationdue auxdifférentsmétiersconcernés impliqués: Pourlesingénieursd’orientation« électricien/mécaniciens»: - le termeréseauxsignifiele réseauélectrique;donc ilspréfèrentle nom BUS (de terrain) Pour desingénieursd’orientation« informatique/électronique»: - le termegénérique«bus»resteuneliaisonsentrelescartesduPCouunetopologieduréseau informatique; donc ilspréfèrentle nom RESEAU(local industriel)
  • 6. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Busde terrain et lesréseauxindustriels :PremièrePartie 2. L’évolution des systèmes d’automatisation et de la communication industrielle
  • 7. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Introduction:Evolutiond’automatismeet l’émergence desBusde Terrain (1) 1968: StéGould-Modicon présente lepremier Automate Programmable : MODICON-084 Peuaprès,lespremiersréseauxapparaissentsousforme deliaisonsérie(RS232,Boucledecourant) Ilsselimitent aux casoùle câblageTOR ne suffitpas - laconnexiondesconsolesdeprogrammation - lesliaisonsavec lescalculateurs - lesliaisonsavec desconsolesIHMet la supervision - lesliaisonsinter-automates 1973: Présentation du concept ETHERNET par R.Metcalf(XEROX) 1975: Publicationduconcept deTCP/IP par R.Khan(DARPA) 1979: Publication de la spécification du protocoleMODBUS
  • 8. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie 1979 : Spécification du protocole MODBUS 1983 : Apparition du standard RS422/RS485 ;la spécification du Ethernet V2 1984 : Publication du modèleréseau OSI comme le standard ISO 7498 1985-… Lespremières solutions « Réseaux Industriels» : - basées sur la liaison série RS422/RS485, - du type Maître-Esclave, avec des services limités, - permettant de créer des architectures distribuées/décentralisées : - MODBUS/JBUS (Modicon,SMC,April et autres) - SINEC L2 (ZP), 3964R (Siemens) - UniTelway (Télémécanique) - DF1/DH+ (AllenBradley) - SucoNet (Klockner Moeller) - Sysmac Way (OMRON) - FESTO Bus (Festo) Introduction:Evolutiond’automatismeet l’émergence desBusde Terrain (2)
  • 9. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie 1990 : Premiers contrôleurs/ASIC’s dédiésaux réseaux : CAN(Bosch), SUPI(Phoenix Contact), FIP(Télé) 1991 - … Les premières réalisations de « vrais »Réseaux /Bus deTerrain industriels Cessolutions« standard-propriétaire»sontbaséessurlescontrôleursspécialisés, Utilisateursetconstructeursregroupésdansdesorganismesdominésparles principauxacteursdu marchéd’automatisme(Siemens, Rockwell, Schneider,Bosch) - Profibus (DP/FMS/PA) - INTERBUS S - DeviceNet/ControlNet - CANopen - SERCOS (I/II) - AS-Interface - CCLink - WorldFIP 1994 : naissance de FieldbusFoundation, HART l ’arrivé du WEB(Internet) et d’Ethernet Industriel (spécificationModbus TCP) Introduction:Evolutiond’automatismeet l’émergence desBusde Terrain (3)
  • 10. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie 1999 : Ethernet TCP/IPest proposé par IECcommelemodèleduréseau deterrain 2000 -… : Plusieurs solutions Ethernet Industriel disponibles sur lemarché : ModbusTCP,Ethernet/IP, ProfiNET, EtherCAT, POWERLINK, CC-Likn-IE, FF-HSE, SERCOS-III, … 2005 : Wireless HART accepté comme le réseaux sans fil pourle « Process » 2008 : ISAprésente une spécification du réseau sans fil « universel » :ISA100-Wireless 2010 : IO-LINK (interface capteur/actionneur); l’implémentations des fonctions sécurité sur Ethernet Industriel : CIPSafety(EIP), OpenSafety(ProfiNET,EPL,ModbusTCP,SERCOSIII), FSoE (EtherCAT) Introduction:Evolutiond’automatismeet l’émergence desBusde Terrain (3)
  • 11. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Evolutionde la communicationindustrielle (en automatisme) 1975 1985 1995 2005 20101973 Transmissionde signaux: - Pneumatique: 0.2 –1 at - Electrique :4-20 mA /0-10V Transmissiondonnées: - RS232/Boucle de courantV24 Ethernet/ TCP RS422/485 1983 1990 CAN bus/WWW Ethernet (NCP,TCP) Modbus RTU Ethernet (SINECH1) Remote IO -Modbus/JBUS -Sinec L2 -UniTeleway -DF1/DH+ -FESTO Bus -3964R -SucoNet -Sysmac way - … Ethernet TCP/IP Modbus RTU/ASCII/+ FieldBus -WorldFip(FIPIO,FIPWAY) -INTERBUS -PROFIBUS DP/FMS -DeviceNet/ControlNet -CANopen -SERCOS I& II -AS-I -CC-Link -Foundation FB -HART protocol Safety Bus Ethernet TCP/IP - WEBServer(embedded) Modbus (TCP/RTU) Industrial Ethernet -EtherCAT -POWERLINK -Ethernet/IP -PROFINET IO -SERCOS III -CC-Link IE -FFHSE FieldBus -PROFIBUS DP/PA -DeviceNet -CANopen -SERCOSII -AS-I -CC-Link -FoundationFB -HARTprotocol Sensor/Actor Bus -IO-Link -SmartWire (Eaton) -CP-I/I-Bus(Festo) 19791968 API Modicon-084 WirelessHART WirelessNetworks -wirelessHART, -ISA100Wireless
  • 12. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Evolutionde la communicationindustrielle (en automatisme) 1975 1985 1995 2005 20101973 Transmissionde signaux: - Pneumatique: 0.2 –1 at - Electrique :4-20 mA /0-10V Transmissiondonnées: - RS232/Boucle de courantV24 Ethernet/ TCP RS422/485 1983 1990 CAN bus/WWW Ethernet (NCP,TCP) Modbus RTU Ethernet (SINECH1) Remote IO -Modbus/JBUS -Sinec L2 -UniTeleway -DF1/DH+ -FESTO Bus -3964R -SucoNet -Sysmac way - … Ethernet TCP/IP Modbus RTU/ASCII/+ FieldBus -WorldFip(FIPIO,FIPWAY) -INTERBUS -PROFIBUS DP/FMS -DeviceNet/ControlNet -CANopen -SERCOS I& II -AS-I -CC-Link -Foundation FB -HART protocol Safety Bus Ethernet TCP/IP - WEBServer(embedded) Modbus (TCP/RTU) Industrial Ethernet -EtherCAT -POWERLINK -Ethernet/IP -PROFINET IO -SERCOS III -CC-Link IE -FFHSE FieldBus -PROFIBUS DP/PA -DeviceNet -CANopen -SERCOSII -AS-I -CC-Link -FoundationFB -HARTprotocol Sensor/Actor Bus -IO-Link -SmartWire (Eaton) -CP-I/I-Bus(Festo) 19791968 APIModicon WirelessHART WirelessNetworks -wirelessHART, -ISA100WirelessE/Sdéportées, Architecturesdistribuées Réseaux/BusdeTerrain EthernetIndustriel Réseauxsansfil
  • 13. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Evolutionde la communicationindustrielle (migration vers Ethernet RT) Source: SERCOS International
  • 14. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Evolutionde la communicationindustrielle pour E-drives (MotionControl) Source: SERCOS International
  • 15. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Réseaux/Busdeterrain etles principaux constructeursdesAPI Nouveaux arrivants Etencore : Supportéprincipalement par: - BOSCHREXROTH, - SchneiderElectric, - Rockwell, - Siemens, - FESTO, - ABB, - …
  • 16. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Réseaux/Busdeterrain : Le bilan pour 2014 • L’évolutiondessolutions« Busde Terrain,Réseaux»n’apasamenédesnouveauxacteurssurle marchédeproduitsd ’automatisme • Malgrél’existencedesorganisations« du support»(+/-ouvertes),le marché Réseaux/Busde terrainerestedominépardesgrandsconstructeursdesAPI, – Profibus/ProfiNET Siemens – FF/FF-HSE,HART Emerson,Siemens,Schneider – DeviceNet/ControlNet/EthernetIP Rockwell(AB), Schneider,OMRON – InterbusS, ProfiNET Phoenix Contact – CC-Link/CC-Link-IE MitsubishiElectric – CANopen Schneider – AS-I Siemens,Schneider,Mitsubishi – SERCOS/SERCOSIII Bosch,Rockwell, Siemens,Schneider,ABB • Seulementpourdessolutions propriétaires,baséessur EthernetIndustriel, les deuxnouveauxconstructeurssesontimposés,dansle domaine «MotionControl» • EtherCAT développéparlaSté Beckhoff(D) • EthernetPowerLink , développéparlaStéB&R(A) • Parcontre,lenombrede fournisseurs d’équipement« périphérique»pourdesRéseaux/Busde Terrain (E/S,l’équipement spécialisé,laconnectique,…) a explosé …
  • 17. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Busde terrain et lesréseauxindustriels :PremièrePartie Réseaux/Bus de Terrain et les architectures des systèmes d’automatisme
  • 18. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Busde Terrain et lesarchitectures dessystèmesd’automatisme Architecturecentralisée - LiaisonsE/S« fil-à-fil» - Liaisonssériesdédiées - Cartesd’interfaceE/S spéciales(RFID, IHM,..;) Bus de Terrain - Touslescomposantsconnectésà unecarted’interface« Réseau» SourceSchneiderElectric, CTN°197 Lestechnologies« Réseaux/busde terrain» ontcomplètementchangé les architectures desystèmes d'automatisation:
  • 19. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Réseaux/BusdeTerrain et les architecturesdessystèmesd’automatisme L’impacte des Réseaux/bus deterrain sur l’architecture de systèmes d'automatisation : • Leremplacementdu câblage filairetraditionnel desentrées/sorties • Uneréductionradicale(voirsuppression)descartesetdescâblesd’entrées/sorties • Unedisparitiondesinterfaces E/Sspécialisées(RFID,motorisation,IHM,…) • Ladisparitiondes liaisons sériedédiées (leparamétrage,diagnostique,dialogueHM, …) • Une décentralisationdu traitementetunerépartitiondel’intelligence (la modularité,communicationinter-automates,les performances,la réactivitéetla robustesseaccrues,…) • Lastandardisationde l’intégrationdes composants hétérogènesetspécifiques (RFID, variateursde vitesse,IHM,analyseurs,pesage,vision,…) • L’implémentationdes nouvelles technologies (« Safety», OPC,Internet,…) aucœurdu systèmed’automatisme 
  • 20. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Réseaux/BusdeTerrain et les coûtsd’une installation automatisée(1) Les technologiesréseaux/bus de terrainontréduitconsidérablement les coûts d’uneinstallationautomatiséeà chaqueétapedesonexistence,depuissa conceptionjusqu’àsondémantèlement: • Lescoûts dela conception : • La modularitéet lastandardisationdescomposants, • La simplicitéde connexions à réaliser(parrapportaucâblagetraditionnel) • le nombrede câbleset de répartiteursnécessairesdiminue,de même que levolume desarmoires • Lescoûts dela réalisation (fourniture,installationet mise enœuvre) • La réductionducâblageet unesuppressionde certainéquipementdédié(p.ex. liaisonsséries) • Une simplificationdestravauxdecâblage(lescâblesetlesconnecteurs) • Une meilleuremodularitéet l’uniformisationsdescomposants • Simplificationdesparamétrages,réglages, destestset dudiagnostic 
  • 21. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Réseaux/BusdeTerrain et les coûtsd’une installation automatisée(2) • Lescoûts d’exploitation • Une meilleuremodularité et l’uniformisation descomposantsaméliorelarobustesseet facilitele diagnostic • Une meilleurerobustesse réduitle nombreet lescoûtsdespannes • Le meilleur diagnostic réduitlestempset lescoûts d’arrêtsde production • Lescoûts d’évolution, derénovation et/ou du démantèlement • Le remplacement d’uncomposantet/oula miseà niveaude l’installationsontconsidérablementsimplifiés • Une réductiondescoûtsdu« câblage/dé-câblage» • Les meilleurspossibilitésderéutilisationdumatériel 
  • 22. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Réseaux/BusdeTerrain : lescontrepartieset lescontraintes (1) Lestechnologiesréseaux/busdeterrainontaussiapportéquelques problématiquesnouvellesqu’ilfauttoujoursprendreen comptedanslaconceptiond’un systèmed'automatisme: • Lescontraintes deperformance : • Lescontraintes liées à l’environnement de l’application • Les nombredesappareilset l’alimentationdeséquipementsraccordés • Les contraintestopologiques,lesdistancesrequises,la qualitédesraccordements • Le milieu detravail (lesperturbationsEM,l’étanchéité,lemilieu agressif,explosif,…) • Lescontraintes d’exploitation • La fiabilitéet toléranceauxpannes: une défaillancedubuspeutbloquerlatotalitédel’application • La stratégiedemaintenanceet dudiagnostic(démarches,équipementsd’infrastructure,outils) • Lescontraintes temporelles • Le temps cycleduréseau • Le temps deréponsemaximal en fonctiondunombre desE/S • Les vitessesdetransmissionet lesdébitsdesdonnéesnécessairesàl’application • Le déterminismeet la synchronisationd’équipements 
  • 23. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Réseaux/BusdeTerrain : lescontrepartieset lescontraintes (2) • Les limites technologiques et organisationnelles • Le choix dela technologie « Réseau » (p.ex. le comportement« tempsréel» estdifférentdanschaqueréseau) • Lesproblèmes decybersécurité (le virus, lesintrusions,unemalveillance,…) • Lesinvestissements nécessaires etla disponibilité(deséquipementsgérés) • La pérennité etla maturité du réseau: • La standardisation d’équipement et sonconformitéauxnormes, • l’interopérabilitéet l’interchangeabilitédescomposants • La notoriétéet lesgarantiesd’unconstructeur(fournisseur) • Lescompétences nécessaires et les besoins en formation Quel réseau pour mon projet ? 
  • 24. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Busde terrain et lesréseauxindustriels :PremièrePartie Classification des Bus de Terrain et la pyramide C.I.M.
  • 25. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie ClassificationdesBusde Terrain et la pyramideC.I.M.(1) Niveau 0 Outillage, équipement de production Capteurs/Actionneurs Niveau 1 Machine Ilots/drives/robot/IHM/RFID Niveau 2 Atelierde production Contrôleurs,SCADA Niveau 3 Entreprise M.E.S SensorBus : Bus Capteur/Actionneurs DeviceBus : Bus deTerrain 1:Bus d’équipement périphérique FieldBus : Réseau/Bus deTerrain 2:Echange données DataNetwork : RéseauInformatique/Ethernet • Une proposition de classification des solutions réseau peut être associée à la pyramideC.I.M. • Ellepropose • les familles deréseaux (lesclassesde bus) • leurposition dansunearchitecturetypiquedel’usineetdusystème d’automatisme • Ellepermet de rapidement identifier : - lazoneoù le busdeterrainassurele fonctionnementoptimaldu systèmed’automatisme, - lesbesoins qu’ilfautmettreenavantpendantle choixd’unbusetde ses architectures
  • 26. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie ClassificationdesBusde Terrain et la pyramideC.I.M.(2) Niveau 0 Outillage, équipement de production Capteurs/Actionneurs Niveau 1 Machine IIlots /drives/robot/IHM/RFID Niveau 2 Atelierde production Contrôleurs,SCADA Niveau 3 Entreprise M.E.S SensorBus : Bus Capteur/Actionneurs DeviceBus : Bus deTerrain 1:Bus d’équipement périphérique FieldBus : Réseau/Bus deTerrain 2:Echange données DataNetwork : RéseauInformatique/Ethernet Sensor (Actor)Bus • Unréseau(bus)dubasniveau,au plus prèsdes capteurset d’actionneurs • Unbusaux tempsderéponsetrèscourts(ne peutpasdépasser quelquesmillisecondes) • Levolumedes données échangéesestfaible, limitéauxstrictminimum • Fiabilitéoptimale;le réseauxdoitbienfonctionner mêmedansles conditionslesplusdifficiles • Echanges, le plussouventcycliques, limitéesauxdonnéeslesplus élémentairestellesqueles étatsdes entrées(Capteurs)ou des sorties (Actionneurs) • Paramétrageà distancepossible • Exemple :AS-I,HART,CompoBus,IO-Link(?)
  • 27. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie ClassificationdesBusde Terrain et la pyramideC.I.M.(3) DeviceBus • Réseau/Busd’équipementpériphériqued’automatismesqui couvrele domainede laproduction,etdelacommunicationdubasniveau(précédemmentcouvertparle conceptde FieldBus). • LesDevicesBussontdes réseauxdehautevitesseet déterministe. • Unréseau(bus)dutypeMaster-Slave,autempsde réponsetrèscourts avecdes tramesallantdequelquesdizainesd’octetsjusqu’à256octets • Echanges le plussouventcycliques ou événementiels,pourdesdonnées «process»aveclevolume des données échangéesrelativementfaible • Leparamétrageet diagnosticà distancepossible(defaçonacyclique) • Exemple :DeviceNet,ProfibusDP,CANopen,CC-Link,SERCOSet aussiProfiNet RT, EtherCat,PowerLink Niveau 0 Outillage, équipement de production Capteurs/Actionneurs Niveau 1 Machine Ilots/drives/robot/IHM/RFID Niveau 2 Atelierde production Contrôleurs,SCADA Niveau 3 Entreprise M.E.S SensorBus : Bus Capteur/Actionneurs DeviceBus : Bus deTerrain 1:Bus d’équipement périphérique FieldBus : Réseau/Bus deTerrain 2:Echange données DataNetwork : RéseauInformatique/Ethernet
  • 28. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie ClassificationdesBusde Terrain et la pyramideC.I.M.(4) FieldBus • Réseau/Busde communicationentreunités«intelligentes» des machines/cellules (API, SCADA,CNC,Robots,…),qui coopèrentdansl’exécutionde processus • Leséchangessontprincipalement événementielspourdesdonnées« process»etle traitementdesalarmes,ouacycliques pourle paramétrage,le téléchargementde programmes,… •Lesvolumesde donnéeséchangéspeuventêtreassezimportants(lesdébits importants) • Exemples : ControlNet,Modbus+,EthernetTCP (actuellementremplacéspar dessolutions Real-TimeEthernet) Note : • LesFieldBussontsouventorientés«procédéscontinus» à bassevitesse. •Exemples: PrifibusPA,FieldBusFoundation,ModbusTCP… Niveau 0 Outillage, équipement de production Capteurs/Actionneurs Niveau 1 Machine Ilots/drives/robot/IHM/RFID Niveau 2 Atelierde production Contrôleurs,SCADA Niveau 3 Entreprise M.E.S SensorBus : Bus Capteur/Actionneurs DeviceBus : Bus deTerrain 1:Bus d’équipement périphérique FieldBus : Réseau/Bus deTerrain 2:Echange données DataNetwork : RéseauInformatique/Ethernet
  • 29. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie ClassificationdesBusde Terrain et la pyramideC.I.M.(5) DataNetwork • Réseau/Businformatiquequi permetle transfertde fichiersetdegrands volumesdedonnées(entrela supervisionetle systèmed’informationdu sitede production). • Ce réseauassureaussilamessagerieainsiqu’unpassageversl’Internetet multimédia. • Leséchangessontprincipalementévénementielsetdestempsde réponsenon- critiques. • Danslamajoritédescas,il s’agitderéseauxinformatiquesdutypeEthernet, plutôtque de réseauxd’automatismes. Niveau 0 Outillage, équipement de production Capteurs/Actionneurs Niveau 1 Machine Ilots/drives/robot/IHM/RFID Niveau 2 Atelierde production Contrôleurs,SCADA Niveau 3 Entreprise M.E.S SensorBus : Bus Capteur/Actionneurs DeviceBus : Bus deTerrain 1:Bus d’équipement périphérique FieldBus : Réseau/Bus deTerrain 2:Echange données DataNetwork : RéseauInformatique/Ethernet
  • 30. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie 27/01/2015 Rappel: Classificationdes Bus deTerrain (2) DeviceBus Plant/machine supervision/management Complexity of application [sensors&actuators] > 90%Digital > 20%analogue DataPre- processing > 20%closedloop Elect/Mec Manually Operating Workspaces Automation Devices/Cells Machine/station oriented Productionlines Robots Automation plants Communication MotionControl I/OBus FieldBus Industrial Ethernet (RTE) Factory Network : EthernetTCP/IP, Internet
  • 31. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie 27/01/2015 TERRAIN/MACHINE (Equipement, E/S) fonctions élaborés TERRAIN (Capteur/Actionneur) fonctions simples CELLULE/ LIGNE Bus de Terrain (Contrôle/Coordination) Réseau d’USINE ( Gestion) ( Contrôle Production ) Ouverture vers le monde Gestion événements Lecture/Ecriture E/S Téléchargement (plusieurs octets, mots) Fonctions simples Lecture/Ecriture Capteurs/Actionneurs (bits,octet) Tâches de Ctrl Supervision,Config. Communication (trames, paquets) Gestion, Coordination Messagerie, Routage Transfert Fichiers et Programmes Contrôle Qualité ClassificationdesBusde Terrain (3)
  • 32. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie ClassificationdesBusde Terrain et la pyramideC.I.M.(4, un autre point de vue) Source: Texas-Instrument:IndustrialCommunicationSolutions Guide 2013
  • 34. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Industrie4.0/ Internetof Things Bus deTerrain/ lapyramideCIM:unevision obsolète ? • Àl'heure actuelle, lacommunication industrielle dans des systèmes d'automatisation est organisée de manière hiérarchique (CIM),des appareils du terrainjusqu'à l'ERP. • Cesstructures hiérarchiques de réseaux actuels sont optimisées pourrépondre auxbesoins de chaque couche en matière du volume de données échangées, du déterminisme, de sécurité, des conditions environnementales, etc… • Le concept de technologie « INDUSTRIE 4.0 »est basé sur l‘Internet desobjets (IdO, Internet of Things) qui représente les réseaux de plusieurs dispositifs intelligents interconnectés; où lemaillage horizontal entre les systèmes est dominant. lapyramideCIM:unevisionobsolète?
  • 35. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Industrie4.0/ Internetof Things Bus deTerrain / lapyramideCIM:unevision obsolète ? •Le principe «INDUSTRIE4.0»est basé sur 1) l’individualisation desproduits (le suivi «à vie ») 2) la modularisation, décentralisation et la virtualisation des moyens de production. •Ceci suppose : - unedisponibilitécontinue des moyens de production - uneflexibilité; une capacité du changement des structures de production pour fabriquer les produits différents (selonleplandeproductionencours).
  • 36. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Industrie4.0/ Internetof Things Bus deTerrain / lapyramideCIM:unevision obsolète ? • Industrie 4.0 : Lesstructures hiérarchiques decommunication deviennent obsolètes. • Les exigences de l’INDUSTRIE 4.0 ne sont pas compatibles avec l’approche hiérarchique et rigide proposée parla pyramide CIM. • Ce qui est nécessaire est un système sans hiérarchies qui permet à tous les participants d’ accéder à toutes les informations pertinentes. • Cela nécessite un réseau qui permet l'échange d'informations entre les appareils connectés, partout età chaque instant; un réseau basés sur le TCP/IP : Internet (Real Time).
  • 37. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Structures du réseau pour l‘INDUSTRIE 4.0 doivent être optimisés pour supporter - les systèmes flexibles deproduction - les configurations changeantes (topologies, données échangées) de contrôle-commande
  • 38. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie Factory Automation: • Implémentation de latechnologie numérique auniveau du terrainest forte • Les réseaux (bus) de terrain« classiques » seront encore présents quelques années • Mais,ils seront remplacés pardes solutions Ethernet Industriel qui proposent actuellement toutes les fonctions relatives au contrôle-commande et l’intégration dans le monde IT • les challenges majeures : - une fortedensité d’équipement hétérogène dans les espaces limités - une fortedemande d’ouverture del'automatisation aux échanges de données typique pour ces systèmes hétérogènes avec les systèmes IT (Internet) - l’environnement àrisque d’accident (p.ex. en présence des humains) • Ilfaut aussi attendre ledéveloppementdessolutions sans fil (wireless) Exemple : ProfiNet WSAN-FA =IEEE 802.15.1 =WISA FieldLevel: IEEE 802.11 = BlueTooth Réseaux/Busdeterrain :Le bilan pour2014: remarquespersonnelles(1)
  • 39. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie 27/01/2015 39 L'utilisation exclusive d'Ethernet Industriel pourtoutes les fonctions relatives au contrôle-commande peut poser quelques problèmes: •Les composants debasniveau (p.ex. les terminaux pneumatique, les régulateurs PID, les stations distantes d'E/S) ont généralement un petitprocesseur incapable degérer le trafic élevé sur le réseau. (En particulier,pourtousquiconcerneletransfertdefichiersoule broadcasting(traficdediffusion)). •La communication TCP/IP(Internet) n’est pas 100% déterministe, (Celapeutentraînerdesproblèmesde synchronisationlorsquedelamiseenœuvred’unesolutiond’automatismeoùletempscycleassezcourtestdemandé). •Il y a un risque que les protocoles de communication de différents participants peuvent être incompatibles, malgré interopérabilité théorique/annoncée. (p.ex. API-API, API-IHM, API-edrive). C’est pourquoi,une forte croissance dessolutions avec IO-Link qui permettent de connecter l’équipement de bas niveau et d’assure une transmission numérique des données hétérogènes (digitales, numériques et analogiques) aux stations réseau Réseaux/Busdeterrain :Le bilan pour2014: remarquespersonnelles(2) Factory Automation
  • 41. WGOM/F-FR RéseauxIndustriels/BusdeTerrain1èrePartie 27/01/2015 Process Automation: • Les réseaux (bus) de terrain« classiques » seront encore présents sur le marché dans les 5 années suivantes. • Implémentation de latechnologie numérique auniveau du terrainreste encore assez faible; • les obstacles majeures : - l’équipement hétérogène, géographiquement dispersé (les distances) - une forteprésence des données analogiques - l’environnement àrisque (p.ex. le milieu explosif) • C’est pourquoi, une forte présence des solutions HART qui permettent une transmission numérique et analogique de données de processus • Ilfaut aussi attendre ledéveloppementdessolutions sans fil (wireless) Exemple : ProfiNetWSAN-PA =IEEE 802.15.4 =Wireless HART Réseaux/Busdeterrain :Le bilan pour2014: remarquespersonnelles(4)