THEME : RESEAU INDUSTRIEL ET INTERFAÇAGE EN SYSTEME AUTOMATIQUE I. RESEAU INDUSTRIEL 1. Qu'est-ce qu'un réseau ? Un réseau est un ensemble de moyens qui permettent la communication entre des processus (ou taches) répartis sur des matériels informatiques de tout type. Un réseau industriel, ou réseau de terrain ou bus de terrain, est un réseau localisé dans un atelier de production et qui par conséquent doit supporter les contraintes environnementales de l’industrie (poussière, vibration, température, rayonnement électromagnétique, …). a. Topologie On entend par topologie la façon dont sont reliées les différentes entités d'un réseau sur le média de transmission. 2. Réseaux et automatismes industriels Un automatisme industriel est l ’association d ’une partie commande (automate + module E/S) et d’une partie opérative (actionneur, moteur, capteur, etc.) dans le but d ’apporter une valeur ajoutée à un produit. KANA SALOMON 1 a. Objectifs Les apports des réseaux dans les automatismes industriels sont : • la réduction des coûts, notamment sur le câblage, l'étude et la mise en œuvre d'un automatisme, • l'amélioration de la maintenance qui réduit les temps d’arrêt, • la rentabilité. b. Place des réseaux dans l'entreprise La pyramide CIM (Computer Integrated Manufacturing) décrit en plusieurs niveaux de compétences l'organisation d'une entreprise de production. Suivant le niveau où l'on se trouve, les besoins (tailles des données échangées et délais de traitement) ne sont pas les mêmes. 3. Communication sur les réseaux a. Les conducteurs électriques La paire torsadée : C'est le support de transmission le plus utilisé car son coût est relativement faible. Elle existe sous forme blindée et non blindée et permet des débits allant jusqu'à 100 Mbit/s sur 1km. Le câble coaxial : Il offre de meilleurs performances mais sa rigidité rend la mise en œuvre difficile. KANA SALOMON 2 b. La fibre optique Elle offre de très bonnes performances en terme de débit et de sécurité des échanges étant donné qu'elle n'émet aucun rayonnement électromagnétique. Elle reste coûteuse et de mise en œuvre difficile. c. Mot binaire => signal électrique C'est le cas de la liaison RS232 qui définit : • une tension comprise entre -3 et -25 V => niveau logique « 1 » • une tension comprise entre 3 et 25 V => niveau logique « 0 » On parle de logique négative car le niveau de tension haut correspond au niveau logique bas. d. Mode d'accès à la voie Le mode d'accès à la voie est la méthode utilisée pour prendre la parole sur le réseau. En effet, la communication sur un réseau est le plus souvent de la forme « half duplex ». Dans ce cas, pour éviter les collisions (plusieurs messages présents en même temps sur le réseau) il faut mettre en place des règles de partage de la parole, c'est ce que l’on appelle le « mode d'accès à la voie ». Il existe plusieurs procédés : KANA SALOMON 3 •La communication maitre esclave : une entité du réseau est désignée comme « maitre » (Master), les autres sont les « esclaves » (Slave). Un esclave n'a le droit de parler que quand le maitre l'interroge. •La méthode du jeton (surtout dans la topologie en anneau) : Le jeton est un message particulier que doit avoir reçu une station pour prendre la parole. Quand celle-ci a fini d’émettre, elle refait circuler le jeton sur la boucle. •Le CSMA/CD : détection de porteuse et détection de collision. C’est une méthode d’accès aléatoire. J’essaie de parler et si le support n’est pas libre alors je réessaie un temps aléatoire plus tard. (CSMA : Carrier Sense Medium Access). e. Le modèle OSI L'ISO (International Organisation for Standardisation) propose un modèle à 7 couches qui décrit les concepts utilisés et la démarche suivie pour normaliser l'interconnexion de systèmes ouverts. Les couches basses (1, 2, 3 et 4) sont nécessaires à l'acheminement des informations entre les extrémités concernées et dépendent du support physique. Les couches hautes (5, 6 et 7) sont responsables du traitement de l'information relative à la gestion des échanges entre systèmes informatiques. Chaque couche rajoute un ou plusieurs octets au message qui prend alors le nom de trame. C'est ce qu'on appelle l'encapsulation. KANA SALOMON 4 KANA SALOMON 5 II. INTERFAÇAGE EN SYSTEME AUTOMATIQUE 1. Introduction Dans un système automatisé, l’unité de traitement reçoit les informations à traiter de : L’utilisateur via les constituants de dialogue appelés aussi interfaces homme/machine (IMH). Exemple : bouton poussoir, interrupteur, arrêt d’urgence, … Capteurs permettant un interfaçage centré sur une isolation galvanique ou électrique et un conditionnement du signal. Exemple : fin de course. 2. Interfaces homme/machine (IHM) L’interface homme/machine en entrée est une fonction de communication indispensable pour bien gérer un système automatisé. Il consiste à transmettre au système automatisé les ordres de l'opérateur qu’on désigne par "consignes". Le dialogue homme/machine se fait par l’utilisation de constituants regroupés dans ce qu'on appelle « pupitre » de commande. Ce dialogue doit permettre de réaliser deux fonctions : Fonction visualisation de l’état de la partie commande vis-à-vis de la partie opérative. Fonction envoie des consignes opératives à la partie commande. a. Fonction visualisation Elle permet d’informer l’opérateur sur : L’état du mode de fonctionnement du système (mode automatique, manuel, réglages, arrêt d’urgence, …). L’état des anomalies que le processus du système automatisé peut engendrer. L’évolution de la matière d’œuvre au sein de la partie opérative (présence ou absence, nombre, …). La production réalisée. Ces informations sont de différentes natures et sont principalement de caractère : Tout ou rien : Voyants Numérique et alphanumérique : Afficheurs et écrans Analogique : Appareils de mesures à aiguille b. Fonction consignes opératives Elle permet de : Positionner la partie commande dans un mode de marche spécifique : production, réglage, manuel, arrêt d’urgence, … Commander plusieurs fonctions du système automatisé telles que : lancement du cycle, arrêt du cycle, commandes manuelles lorsque ce mode est validé, … Régler plusieurs paramètres tels que : vitesse d’un actionneur, nombre de cycles à effectuer. KANA SALOMON 6 Ces consignes sont de différentes natures et sont principalement de caractère : Tout ou rien : Boutons poussoirs, Boutons tournants, Boutons coup de poing. Numérique et alphanumérique : Roue codeuse, Clavier. 3. Isolation galvanique On parle d'isolation galvanique entre deux circuits électriques ou électroniques, lorsqu'il n'y a aucune liaison conductrice (fil électrique, châssis métallique, etc.) entre ces deux circuits. L'unité de traitement travaille typiquement avec une tension de 5 V DC, nécessaire pour alimenter principalement les circuits intégrés logiques. Alors qu'un capteur tel qu’un "fin de course" fournit typiquement une tension de 24 V DC. Pour protéger l'unité de traitement contre une éventuelle liaison directe avec une tension relativement dangereuse pour elle, il faut une isolation électrique ou galvanique, ainsi qu'un conditionnement du signal. Le principe est résumé par le schéma fonctionnel suivant : Exemple de schéma : Le schéma le plus classique dans ce domaine est à base d'un optocoupleur, ce qui donne le schéma de base ci-contre. Un tel montage se trouve déjà intégré dans un API. L’isolation galvanique ou des masses est assurée par l’optocoupleur. Le bruit affectant le signal du capteur, à cause des parasites industriels, est filtré par le circuit R3C.La porte Trigger met en forme le signal et envoie à l'unité de traitement un signal "propre", et donc bien compatible. KANA SALOMON 7
