Le document traite de l'évolution des protocoles de communication dans l'automatisation, mettant en évidence l'importance des bus de terrain pour améliorer la flexibilité, la fiabilité et l'accès à l'information en milieu industriel. Il souligne les avantages tels que la réduction des câblages, l'optimisation des coûts et la simplification des projets, tout en mentionnant la nécessité d'une main-d'œuvre qualifiée pour tirer parti de ces technologies avancées. Enfin, il évoque la décentralisation de l'intelligence et l'émergence de standards qui devraient s'imposer dans le futur, malgré certaines hésitations économiques.

1. Historique
1980 :Existence de
protocole de
communication (RS232)
entre automate et console
de programmation
Bus de terrain
Naissance des bus
industriels
Flexibilité, fiabilité
machines, contrôle
qualité, flux informations
(technique/administratif).

2. Contexte industriel: Just in time
ou « Production à flux tendus »
Cycle de vie d’un produit ? : 3 … 4 ans pour une
voiture, 1 an ? pour un PC
Flexibilité des Cellules de production
• Flexibilité de l’automatisation au niveau:
– des machines (robots, …)
– des systèmes de commande (PLC, …)
– des systèmes de communication (bus, …)
• sur le terrain (ex. bus capteurs) entre niveaux hiérarchiques
• (contrôle qualité/logistique)

3. Contexte
Industriel
Objectif = Accès direct à
l’information:
– Voulue
– Au moment voulu
– A l’endroit voulu
nécessite:
– une architecture informatique
ouverte
– (le « PLC » doit pouvoir
communiquer)
– un système de communication
ouvert (vis-à-vis de
l’hétérogénéité du matériel)
– un ensemble de « progiciels » de
contrôle pour exploiter
l’information
N0: es constituants
Commander et protéger: Les préactionneurs
Actionner et mesurer: Les capteurs et actionneurs
N1: La commande:
Commande: Traitement et dialogue
Maintenance: Configuration et diagnostic
N2: Supervision:
Conduite, optimisation
Et surveillance
N3: Gestion de production:
Ordonnancement et
suivi de prouction (qualité, suivi des moyens)
N4
Système d’information
De l’entreprise: Gestion globale

4. Aspects économiques
Etude Schneider Avenir proche:
• 50 à 60% des
automates de taille
• moyenne ou grosse
(> 128 i/o) utiliseront
la technologie bus de
terrain
• Périphérie «intelligente
» (capteurs, …)
=> réduction de 15 à
20% des nombres
d’i/o gérées par le
PLC

5. Avantages du Bus de Terrain
• Simplification et réduction des raccordements et
câbles
• Simplification du projet
• Economie de temps et d’argent
• Flexibilité
• Réduction des erreurs de câblage
• Gain de temps pour la mise en service
• Diagnostic d’erreur plus rapide
• Système offrant une meilleure vue d’ensemble
• Extensions futures réalisées en un minimum de
temps

6. Étude :
• Le bus de terrain favorise l’approche modulaire
de l’automatisme (ex.: un bus « adapté » par cellule)
• Bus normalisés: grande indépendance vis-à-vis
du matériel connecté (PLC, terminaux, capteurs, …)
• mais: il faut distribuer l’alimentation jusqu’aux
modules i/o périphériques
Exploitation :
• Décentralisation de l’intelligence au
niveau 0:
sécurise l’opérateur et minimise son
temps de réponse (maintenance
préventive, …)
• mais: besoin de m.o. plus qualifiée
Réalisation :
• Diminution drastique du câblage (et m.
d’œuvre)
• Diminution des coffrets, armoires, …
• Mise en service plus rapide
• mais: matériel plus coûteux
Avantages
du Bus de
Terrain

7. Bus: variétés /hiérarchie
Sensor bus = bus « capteurs/actionneurs »
Déterministe, Temps de réponse très court, Actions « réflexe »ex: AS-I
Device bus = bus de périphérie d’automatismes
• Inter-automates
• Orientés manufacturiers : inter maîtres intra/inter cellules
• Haute vitesse et détérministes ex. : Profibus DP
Field bus = bus interunités de traitement
• Synchronisation Cellules (PLC, PC, …)
• Orientés process continus, basse vitesse ex. : Modbus, Profibus FMS
Data bus = bus informatique
• Réseaux informatiques plutôt que réseau d’automatismes
• Le plus haut niveau
• Pas déterministe ex. : Ethernet/TCPIP

8. Propriétés essentielles des bus
(point de vue « industriel »)
• Vitesse de transmission
rapide ? : dépend des performances Automates / du type d’information (flux,
taille) à transmettre
ex. AS-I: 167 Kbits/sec - messages de 4 bits
• Fiabilité
Le niveau d ’exigence doit être nettement supérieur à celui de l’informatique.
• Flexibilité
Systèmes de communication: souple vis-à-vis d ’extensions, de modifications, de
répartition
géographique des équipements
• Coût
Il faut un intérêt financier (étude, réalisation, exploitation)
• Transparence et compatibilité
C’est LA « raison d’être » de l’ISO pour faire face à la multitude des équipements
(automates, distributeurs pneumatiques, robots, CNC, ..) et des bus (50!)

9. Moyens de Communication
Objectifs:
• Transmission rapide et fiable de bits (0 ou 1)
• représentant de l’information codée (ex. codage ASCII sur
7 bits)
Types de communication:
• Communication parallèle ou série
1. Communications parallèles
• Tous les bits sont transmis en parallèle à l’aide d’autant de
canaux (« fils ») binaires.
• Ces canaux sont exploités en mode BUS, càd qu ’un même
fil peut servir
– à tour de rôle pour un transfert entre éléments différents (ex.
processeur-mémoire, interface-mémoire, … etc)

10. 2. Communications séries : pour bus de terrain

11. Le support Physique

12. Topologie des réseaux
Etoile
• Adaptée aux réseaux où les équipements sont
regroupés en îlots
=> peu de problèmes de collision (ex.:
terminaux/ordinateur, …, PLC/ilôts
distributeurs)
Anneau
• Tous les points sur disposés, sur une boucle
fermée.
• L’information circule dans le même sens.
(typique des protocoles d’accès à jetons; ex.
Interbus)
Bus
• Nœuds greffés en parallèle sur un câble unique.
• La panne d’un nœud n’affecte pas le réseau.
• Trafic et gestion conflits plus importants. (ex.
réseau Ethernet, réseau AS-I)

13. Quelle type d’architecture
1. Contrôle d’accès centralisé : un Maître /
plusieurs Esclaves
• Le maître « interroge » successivement
les esclaves qui n’ont pas d’initiative.
– garantit les délais d’accès
(déterministe)
– OK pour applications à temps
critiques
(ex. AS-I, Profibus DP, monomaître)
2. Contrôle d’accès décentralisé: Multi-
maîtres
• Protocole à compétition : les maîtres
interrogent
– aléatoirement le bus - nécessite une
gestion des conflits (ex. DeviceNet,
Ethernet)
• Protocole à jeton : un jeton d’accès
(trame) circule sur le bus : la station qui
possède le jeton peut alors émettre.
– déterministe et sans problème de
conflit mais …
– attente du jeton.

14. ASI
Origine: 1990 : Association de 11 constructeurs spécialisés dans les
capteurs/actionneurs (Festo, Siemens, Sick,…) pour définir un système de
transmission commun pour capteurs et actionneurs => concept AS-i: «
Actuator Sensor Interface - Association AS-I fondée en 1992
Quelques chiffres
• 32 points de connexion - 124 E/S
• câble jaune plat à 2 fils ; 100 m sans répétiteur
• 167 Kbits/sec ; cycle : 4.8 msec
• Longueur du message : 4 bits
• Applications: manufacturiers
Caractéristiques
• Type : Bus / maître-esclaves, Topologie : libre (bus, étoile, anneau)
• Le maître (ex.: coupleur PLC) interroge tous les esclaves de façon cyclique (4.8
msec)
• Chaque esclave peut être AS-i (intelligent) ou non (4 capteurs passifs)

15. Le Maître travaille comme un
PLC (Affectation: %I0.0.0)
Les esclaves peuvent être
ajoutés ou enlevés
sans créer de
problèmes au niveau
de l’ensemble du
câblage de l’installation

16. Aspects
Pratiques

17. Aspects Pratiques 2
Câble auto-cicatrisant
Déplacement facile de l’esclave

18. Coûts
30 bornes, 30x3 min =1.5 heures
30 marquages de fils, 30x 2 min =1 heure
Câblage du connecteur à 15 broches =0,5
heure
Connecteur à 15 broches
Boîtier de raccordement
2 x connexions AS-i, 2x 7 min = 14 min
2 x bornes, 2x 3 min = 6 min
Préparer et fixer le presse-étoupe = 10 min
2 x modules d’entrée, prix par module Support
de câble AS-i
Câble AS-i

19. Conclusions
Décentralisation de l’intelligence: accroissement de
la nécessité bus de terrain
• Normalisation / Standards de fait : quelques bus
vont se démarquer et s’imposer :
– Sensor bus : AS-i ?
– Device bus : Profibus DP !
– Field bus : Profibus FMS ?
– Data bus : Ethernet !
• Grande réticence actuelle vis-à-vis du bus :
– Approche très séduisante mais
– Arguments économiques pas 100 % convaincants