liaison serie - BTS Electrotechnique

LIAISON SERIE
MODERNISATION D’UNE CUVE DE FABRICATION DE PRODUIT
COSMETIQUE
Société C DIOR (St Jean de Braye)
1 Présentation générale de l’installation.
Cette cuve est destinée à mélanger et à chauffer différentes matières premières utilisées dans
la fabrication de crèmes ou de gels cosmétiques.
2 Vue d’ensemble de l’ancienne installation
TT4
TIC4
arrivée
vapeur
EV4
enveloppe
haute
enveloppe
basse
sortie
égouts
EV1
Atelier de fabrication
3 Amélioration apportée à l’installation.
Il a été décidé l’installation d’une régulation continue sur le circuit de vapeur et donc
l’implantation d’une vanne automatique et d’un nouveau régulateur à sortie analogique.
Ce régulateur devra communiquer via une liaison série avec un PC situé dans la salle
opérateur.
L’opérateur pourra grâce à cette liaison:
 Envoyer des ordres de commandes vers le régulateur (ex : consigne de température)
 Recevoir des informations du procédé (ex : mesure de la température de la vapeur)
4 Structure de la nouvelle installation
LIAISON SERIE
enveloppe
TT4
haute
arrivée
vapeur
EV4
VM4
envelopp
e
basse
Salle opérateur
sortie
égouts
EV1
Atelier de fabrication
5 Fiche technique de la liaison série du régulateur choisi





Eurotherm type 2604
Liaison série bipoint
Mode exploitation : Half Duplex
Transmission à 9600 baud, 1 bit de stop, parité paire
Type RS 232C
Etude de la fiche technique
6 Liaison multipoint et point à point
6.1 Liaison point à point
Equipement
A
Equipement
B
 Liaison entre uniquement 2 équipements
6.2 Liaison multipoint
Equipement
A
Equipement
B
Equipement
C
 Liaison entre plus de 2 équipements
7 Mode d’exploitation
7.1 Liaison SIMPLEX
Equipement
A
Emetteur
Equipement
B
Récepteur
 Les données sont transmises dans un seul sens
Exemples : liaisons télévision, lecture de carte magnétique
7.2 Liaison SEMI-DUPLEX ( HALF-DUPLEX)
Equipement
A
Emetteur
Equipement
B
Récepteur
Equipement
A
Récepteur
Equipement
B
Emetteur
 La transmission est possible dans les deux sens mais pas simultanément.
A vers B puis de B vers A.
Equipement
D
7.3 Liaison DUPLEX INTEGRAL (FULL DUPLEX)
Equipement
A
Emetteur
Equipement
B
Récepteur
Equipement
A
Récepteur
Equipement
B
Emetteur
 Les données peuvent être émises ou reçues simultanément dans les deux sens.
8 Principe d’une transmission parallèle :
Les données de l’émetteur, en sortie d’un organe de traitement de l’information, sont
présentées sous la forme d’un mot de "n" bits. La transmission parallèle consiste à émettre
simultanément ces "n" bits d’information. Cela nécessite donc une ligne de transmission de
"n fils" appelée bus associée à des fils de contrôle et de commande.
1 Caractère de 8 bits
Exemple : 1 Caractère de 8 bits
E
M
E
T
T
E
U
R
1
1
0
1
0
1
0
1
R
E
C
E
P
T
E
U
R
 Avantage :
Ce mode de transmission permet d'atteindre des vitesses de
transfert très élevées de l'ordre du Méga octets par seconde.
 Inconvénients :
La distance de transmission est réduite à quelques mètres au
maximum (15 m). chaque canal ayant tendance à perturber ses
voisins la qualité du signal se dégrade rapidement.
 Utilisation :
Son coût est élevé en raison du nombre de conducteurs
nécessaires.
Ce mode de transmission est principalement utilisé dans
l'instrumentation ou dans les liaisons pour les imprimantes ou
les tables traçantes.
9 Principe d’une transmission série
9.1 Schéma de principe
L'émetteur effectue une transformation parallèle - série des mots de "n" bits. Les éléments
binaires d'informations d'un mot sont alors successivement envoyés sur un conducteur, les uns
après les autres au rythme d'une horloge. C'est ce qu'on appelle la sérialisation. Au bout de la
ligne, le récepteur effectue l'opération inverse : la transformation série - parallèle ce qui
permet de retrouver le mot de départ.
D1 D0
D15
D15
CLK 1
CONVERSION
D15
PARALLELE /
SERIE
D1
D0
D0
CONVERSION
SERIE /
PARALLELE
EMETTEUR
 SERIALISATION
RECEPTEUR
 DESERIALISATION
9.2 Différentes étapes de conversion
 A) L’information issue du bus de données est  Sérialisé grâce à un registre à
décalage.
 B) Les informations sont transmises les unes après les autres
. La sérialisation est cadencée par une horloge CLK1.
 C) Dans le récepteur, les informations sont DESERIALISEES à l’aide d’un
registre à décalage cadencé par CLK2.
9.3 Principe de la transmission synchrone :
Les informations sont transmises de façon continue. Un signal de synchronisation est transmis
en parallèle aux signaux de données.
CLK 2
9.4 Principe de la transmission asynchrone
Pour éviter d'avoir une horloge commune entre l'émetteur et le récepteur, on utilise dans
l'industrie la liaison série asynchrone.
L’émetteur et le récepteur possèdent chacun leur propre horloge CLK1, CLK2 mais
elles doivent avoir la même fréquence
 t2
 t1
Données 1
Données 2
t
Données 3
L’intervalle de temps est quelconque entre deux transmissions de données. La transmission
est dite asynchrone.
 L’horloge du récepteur est synchronisée à la réception de chaque caractère grâce
à:
 un bit de START
Il détermine donc le début du mot de données
 un ou 2 bits de STOP
Il permet de détecter la fin du mot de données
10 Allure de la trame :
Ex : Transmission de la donnée : 10101010
T1
1
horloge
t
0
1
tension u
0
start
0
D0
1
D1
0
D2
1
D3
0
D4
1
D5
0
D6
1
D7
Début de transmission
Stop
t
Fin de transmission
Commentaire sur le document trame en annexe:
Bit de start correspond au niveau logique bas Au départ la ligne est au repos (niveau haut).
A la fin du mot de données, passage du bit de stop au niveau haut. Cela permet la distinction
avec les bits de départ du caractère suivant
11 Rôle du bit de PARITE : bit de contrôle
Il permet de contrôler la transmission correct du mot de données.
Il existe deux types de parité :
Cas d'une parité paire :
 Si le nombre de bits de données (y compris les bits de start et de stop) au niveau
logique1 transmis par l'émetteur est un nombre pair, le bit de parité est mis
automatiquement à 0 par l'émetteur.
 Si le nombre de bits de données (y compris les bits de start et de stop) au niveau
logique1 transmis par l'émetteur est un nombre impair, le bit de parité est mis
automatiquement à 1 par l'émetteur.
Cas d'une parité impaire :
 Si le nombre de bits de données (y compris les bits de start et de stop) au niveau
logique1 transmis par l'émetteur est un nombre pair, le bit de parité est mis
automatiquement à 1 par l'émetteur.
 Si le nombre de bits de données (y compris les bits de start et de stop) au niveau
logique1 transmis par l'émetteur est un nombre impair, le bit de parité est mis
automatiquement à 0 par l'émetteur.
Application :
Bit de
stop
1
1
1
1
1
Données
1
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
Bit de
start
Bit de parité
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
Parité
Paire
Impaire
Impaire
Paire
Impaire
Rôle de la parité :
Le récepteur vérifie la parité. Il calcule si le nombre de bits à 1 reçu. pour chaque mot est pair
ou impair. Si ce résultat diffère de la parité, il envoie un message indiquant que la
transmission a été perturbée.
Exemple : Cas d'une transmission série asynchrone de parité impaire avec détection d'une
erreur de parité :
Erreur de transmission
Bit de
stop
Bit de
start
Données
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
Bit de
parité
0
1
Mot
transmis
Mot reçu
Une perturbation due à "un bruit" a modifié le bit 4 de "0" en "1" ce qui entraîne la réception
erronée des données.
Remarque : Le contrôle de la parité par le récepteur ne permet de détecter que 50% des
erreurs :
Si deux bits d'un même mot sont modifiés par un "bruit", la parité n'est pas modifiée.
12 Débit de transmission.
Définition :
 C’est le nombre de bit émis en une seconde.
Ce débit s’exprime en bits/seconde :
1 bit/s = 1 Baud.
Régler le débit de la transmission revient donc à régler la fréquence des horloges
Valeur les plus courantes :
75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200.
Exemple :
Le débit de la transmission est de 1200 Bauds. Quelle est la durée de l’émission d’une donnée
de 8 bits ?
Réponse :
Un débit de 1200 Bauds correspond à l’émission de
1200 Bits/s. La durée d’émission d’un bit est donc de (1/120) s.
Trame:
START
1bit
DONNEES
8 bits
STOP
1 bit
La durée de cette émission est donc de (10/ 1200) s, C’est à dire d’environ 8,3 ms
13 Notion de rendement :
La vitesse indique le nombre de bit total émis par seconde, mais il faut tenir compte des bit de
service (start, stop et parité).
Exemple de calcul de rendement :
Une trame comporte 8 bits de données et 2 bits de service.
Réponse :
Rendement : 8/10 = 80%
Une trame comporte 7 bits de données et 4 bits de service.
Réponse :
Rendement : 7/11 = 64%
14 Liaison RS 232C
Description :
L'appellation de cette liaison provient du standard RS 232 C défini par l'ETA (Electronic
industries association). Elle est quelquefois désignée sous le nom de V24.
Pratiquement la liaison RS 232 C est une interface de tension définie pour les transmissions
séries asynchrones. Elle comporte deux lignes de transmissions de données :
 Une pour chaque sens.
 Un ensemble de lignes de contrôle et de commande nécessaires à l'établissement
d'un canal de communication.
Toutes ces lignes sont référencées par rapport à un fil commun : Retour commun ou Masse.
Remarque :
La liaison RS 232 est une liaison point à point.
Caractéristiques électriques :
La liaison RS 232 C est définie par une longueur maximum de 15 mètres avec un débit
maximal égal à 20 kBAUDS.
La tension de sortie en charge évolue entre 5V et 15V (polarité positive et négative). Pour les
lignes de données :
 Une tension positive comprise entre +5V et +15V correspond à un bit à l'état 0.
 Une tension négative comprise entre -5V et -15V correspond à un bit à l'état 1.
Caractéristiques mécaniques et fonctionnelles
Les caractéristiques de connexion de la RS 232 C sont
équivalentes à la norme ISO 2110 définissant un connecteur
à 25 broches ainsi que leur affectation.
Caractéristiques fonctionnelles :
B Appellation Appellation
roche
usuelle
française ens
1
PG
TP
2
TXD
ED
3
RXD
RD
4
RTS
DPE
5
CTS
PAE
6
DSR
PDP
7
SG
TS
8
20
CD
DTR
DS
CDP
22
23
RI
DSRS
IA
SDB
S
Désignation
Terre de protection
Emission de données
Réception de données
Demande pour émettre
Prêt à émettre
Poste de données prêt
Terre de signalisation ou
retour commun
Détection porteuse
Connexion du poste de
données
Indicateur d'appel
Sélection de débit binaire
La liste des principaux
signaux est donnée par le
tableau ci-contre. Les
autres broches (d'une
utilisation peu fréquente)
sont affectées le plus
souvent aux bases de
temps nécessaires en
transmission synchrone,
ainsi qu'à une voie
secondaire
pour
la
supervision de la liaison.
Utilisation :
La liaison RS 232 C est certainement le standard le plus utilisé actuellement. Sa complexité
relative est liée à la grande variété des cas d'exploitation qu'elle peut traiter; par exemple la
plupart des liaisons séries des micro-ordinateurs l'utilise.
15. Liaison RS 422A/RS 485
Description
 Ce standard diffère fondamentalement de la liaison RS 232 C car il définit un
mode de transmission différentiel.
 Chaque signal de données est véhiculé sur 2 fils et n’est pas référencé par rapport
à une masse, mais présenté comme un signal différentiel aux sorties du transmetteur
et aux entrées du récepteur.
 Le standard RS 485 est une extension du standard RS 422 A plus connu
permettant des liaisons multipoint aussi bien que point à point.
Rôle de Rt :
L’emploi d’un dispositif de terminaison (résistance Rt) est préconisé afin de boucler la ligne
sur son impédance caractéristique.
Ce montage permet de minimiser le bruit et les réflexions assurant ainsi une meilleure qualité
de transmission.(surtout en cas de longue ligne et de milieu perturbé) Généralement le
bouclage est effectué à une extrémité de la ligne.
Topologie bus en half duplex avec adaptation de ligne unique
C'est l'adaptation utilisée pour les réseaux du type ModBus
Le Schéma ci-dessus présente l'architecture générale d'un réseau RS 485
Les émetteurs sont symbolisés par
Les récepteurs sont symbolisés par :
Le réseau est constitué par une simple paire torsadée blindée. La connexion des différents
postes du réseau se fait simplement en reliant :
 d'une part, toutes les sorties repérées + (Tx+, Rx+) sur le fil + du réseau repéré
(L+),
 d'autre part, toutes les sorties repérées - (Tx-, Rx-) sur le fil - du réseau repéré
(L-).
L'impédance du réseau est adaptée au moyen de deux résistances d'adaptation (Rc)
situées sur les deux stations extrêmes du réseau.
La polarisation du réseau est réalisée en reliant le fil L+ au 0 V et le fil L- au 5 V par
l'intermédiaire de deux résistances de polarisation (R = 470Ω). Cette polarisation a pour
effet de faire circuler en permanence un courant dans le réseau.
Cette adaptation peut se situer à un endroit quelconque du réseau (en pratique elle se fait
généralement au niveau du maître).
Elle doit être unique pour l'ensemble du réseau, quelle que soit son étendue.
Elle est nécessaire pour obtenir un état stable : en RS485 lors de la transition de la
transmission à la réception.
Caractéristiques :
Les caractéristiques essentielles sont :
 jusqu'à 32 stations,(émetteur /récepteur) ; La RS422A 1 E et 10R

étendue maximale : 1 300 m environ, débit maxi = 10Mbits/s idem pour RS422

topologie bus,


half duplex sur 2 fils,

adaptation de fin de ligne sur les postes d'extrémité.

adaptation de ligne unique Rp = 470 
Topologie point à point en full duplex
Ce type de liaison permet d'utiliser la liaison RS 485 pour dialoguer en full duplex avec des
équipements ne disposant que de la liaison RS 422 A.
La liaison ainsi réalisée est en effet conforme au standard RS 422 A.
La distance maxi entre les deux équipements est, conformément au standard RS 422 A,
de 1 300 m environ
Pour des distances importantes, il est conseillé de placer une résistance d'adaptation Rc en
parallèle sur les bornes Rx+ et Rx- du récepteur de l'équipement à relier.
Caractéristiques électriques principales RS 422/RS 485.
 interface de tension , <6V
 1 logique : tension différentielle < -200mV
 0 logique : tension différentielle > 200mV
Le récepteur est caractérisé pour assurer la discrimination des 2 états binaires
lorsque les signaux différentiels appliqués à ses entrées ont une amplitude comprise entre 200
mV et 6 Volts.
Il peut supporter un signal différentiel maximum de + 12 Volts.
Les caractéristiques électriques de la liaison RS 422 A/RS 485 (mode différentiel, courant
élevé) qui offrent des qualités de transmission et une bonne immunité aux perturbations, en
font un standard de plus en plus employé.
Cette liaison assure de bonnes performances distance/vitesse, une configuration économique
et permet toute déconnexion d'un abonné sans perturber le réseau.
16 Liaison boucle de courant
16.1 Description
 La liaison par boucle de courant 20 mA est sans doute la plus ancienne des
liaisons séries et n'a jamais fait l'objet d'une normalisation.
 Elle se compose de deux boucles : une pour l'émission, l'autre pour la réception,
parcourues ou non par un courant de 20 mA obtenu à partir d'une source de tension.
16.2 Configurations
 La transmission s'effectue sur une ligne de type téléphonique 2 paires dont la
longueur est limitée par les caractéristiques de la ligne (résistance de boucle et
capacité de la ligne) et par la vitesse de transmission.
 La jonction courant peut être active ou passive. On peut généralement choisir le
mode actif ou passif sur l'une ou l'autre extrémité de la ligne.
A un mode actif doit correspondre un mode passif et inversement.
Remarque :
La station est dite active quand elle fournit l'énergie nécessaire au transport de l'information,
passive dans le cas contraire.
L'état repos de la ligne correspond au courant passant.
Caractéristiques
L'absence de courant dans une boucle
correspond à :
1 bit START,
1 bit donnée à 0 logique.
Lorsqu'il circule un courant de 20 mA, cela
correspond
à:
1 bit STOP,
1 bit donnée à 1 logique,
la ligne au repos.
Remarque
Il est possible de "panacher" le mode de fonctionnement des boucles émission et réception sur
un même poste (émission active et réception passive, par exemple)
Configuration en multipoint
 Les postes esclaves sont en série avec le maître.
 L'état de repos de la ligne est 20 mA.
Performances
La vitesse de transmission que l’on peut atteindre avec ce type de liaison devient rapidement
limitée par la longueur et la section du câble utilisé.
La boucle de courant permet un débit de 600 bits/s jusqu’à 3 km environ, des débits plus
rapides, (9600 bits/s) n’autorisent qu’une longueur maximum de quelques centaines de
mètres.
En pratique, la liaison boucle de courant, par sa simplicité de mise en œuvre, trouve de
nombreuses applications lorsqu’un débit de quelques milliers de bits par seconde est suffisant
et quand les données à émettre présentent un caractère non systématique (cas d’un dialogue
opérateur par exemple).
La liaison boucle de courant 20 mA présente une bonne immunité aux parasites et sa
configuration est économique.
17. Choix d’une liaison série :
Dans le cas où plusieurs standards de liaison peuvent être utilisés, il faut effectuer un
choix selon :
 La compatibilité du standard utilisé entre l'émetteur et le récepteur.
 La distance entre l'émetteur et le récepteur.
 La vitesse de transmission souhaitée.
 Le coût de la connectique.
Remarque : Un seul type de liaison doit être utilisé à la fois.
Exemple de choix du type de liaison en fonction de la vitesse de transmission
souhaitée et de la distance entre l'émetteur et le récepteur :
Distance
(m)
RS 422 / 485
1200
Boucle de courant
20mA
RS 232 C
15
Vitesse (Bauds)
0
10k
19,2k
100k
10M