architecture d`un syst de mesure auto(support,protocol)

Sommaire
Introduction :
1-Architectures d'automatismes industriels……………………………………(2)
2-Architectures d'automatismes, des évolutions progressives………………. (2)
3-Transmission de données………………………………………………………(2)
3-1) Introduction…………………………………………………………………...(2)
3-2) Le terme support de transmission……………………………………………. (2)
I. 4- les supports de transmission ………………………………………..…(3)
4-1) Capteur-transmetteur ……………………………………………………..…... (3)
4-1-2) Transmetteur…………………………………………………………...……. (5)
4-1-3) Signaux utilisés………………………………………………………...……. (7)
5-Les trois types de transmetteur……………………………………….………. (10)
6-La boucle de courant 4-20 mA………………………………………………...(10)
6-1) But de la boucle……………………………………………………………(10)
6-2) Comment est réalisé la boucle 4-20 mA ……………………………..(11)
6-3-1) L'émetteur………………………………………………………………. (12)
6-3-2) L'alimentation………………………………………………………..…. (12)
6-3-3) Les fils de la boucle ………………………………………….....................(12)
6-3-4) Le récepteur……………………………………………………………..(12)
6-3-5) Installation et test de la boucle…………………………………………. (12)
7-Astuce de calcul…………………………………………………………………(13)
8-Exemple …………………………………………………………………………(13)
9-Transmission sur supports filaires en cuivre……………………………….....(14)
9-1) Paire torsadée (STP et UTP)…………………………………………………...(15)
9-2) Supports bifilaires (symétriques)……………………………………………..(15)
9-2-1) Support coaxial………………………………………………………………(15)
9-2-2) Transmission par fibre optique……………………………………………(16)
II. Protocole :………………………………………………………………….(17)
1-Définition………………………………………………………………………...(17)
2- Signal de communication HART……………………………………………...(18)
3- exemple des protocoles………………………………………………………....(19)
4- schéma sur les diffèrent protocole……………………………………………..(22)
Conclusion
1
Introduction
La modélisation et la représentation de l’architecture logicielle des systèmes complexes
sont devenues, aujourd’hui, une phase importante de leurs processus de développement
(Bertolino et al. 2005). L’architecture d’un système décrit sa structure à un haut niveau
d’abstraction, en termes de composants et de connecteurs. Cette abstraction offre de
nombreux avantages tout au long du cycle de vie du logiciel
(Shaw et al. 1996). En effet, disposer d’une représentation de l’architecture facilite les
échanges entre les concepteurs et les programmeurs. Ensuite, pendant les phases de
maintenance et d’évolution, cette représentation permet de localiser les défauts du
logiciel et réduit les risques lors de l’ajout d’une nouvelle fonctionnalité. En plus, une
architecture à base de composants offre d’autres avantages. En effet, en utilisant cette
représentation, la distinction entre les composants et les connecteurs rend explicite la
séparation entre les aspects métiers et communications et facilite la compréhension et
l’évolution du système. L’architecture à base de composants est également essentielle
pour faciliter la réutilisation de certaines parties du système représentées par les
composants.
Cependant, force est de constater, que beaucoup de systèmes existants ne disposent pas
d’une représentation fidèle de leur architecture. En effet, le système peut avoir été conçu
sans considérer la notion d’architecture, comme dans le cas de certains systèmes
patrimoniaux. Pour d’autres systèmes, la représentation disponible peut être décalée par
rapport à l’implémentation du système. Ce décalage apparaît avec les écarts entre
l’architecture prévue et implémentée puis s’accroît avec le manque de synchronisation
entre la documentation et l’implémentation.
2
1-Architectures d'automatismes industriels : évolutions et grandes
tendances
Ces vingt dernières années, les architectures d’automatismes ont très fortement évolué.
Ce phénomène s’amplifie avec l’arrivée des nouvelles technologies de l’information et de
la communication (NTIC).
Ces changements successifs sont dus, d’une part, à l’évolution des besoins des
utilisateurs, et d’autre part au développement des technologies.
Par utilisateurs, il faut entendre tous les intervenants : architectes réseaux, intégrateurs,
metteurs en œuvre, exploitants, équipes de maintenance, etc.
2-Architectures d'automatismes, des évolutions progressives
Depuis que les automatismes sont réalisés sur la base d’unités de traitement (automates
programmables), les architectures ont fortement évolué et sont passées par différents
stades pour arriver aux architectures actuelles, basées sur l’adoption des grands standards
de communication.
3-Transmission de données
3-1) Introduction :
La transmission de données entre un émetteur et un récepteur suppose que soit établie une
liaison sur un support de transmission (appelée aussi voie de transmission ou canal)
munie d’équipement de transmission à ses extrémités.
Émetteur et récepteur sont désignes communément par les termes ETTD (Equipement
Terminal de Traitement de Données) ou DTE en anglais (Data Terminal Equipement)
terme normalisé désignant un équipement informatique connecté à un canal de
transmission (ça peut être un ordinateur, un terminal ou autres).
3-2) Le terme support de transmission :
Désigne le support physique qui permet de transporter les informations d’un appareil à
un autre, il peut y’avoir différents types de supports de transmission de nature très
divers : Transmetteur, ligne téléphonique, câble coaxial, fibre optique, atmosphère et
autres. Ces moyens de transmission ont des caractéristiques spécifiques et impliquent des
contraintes à leur utilisation que nous rappelons brièvement.
3
4-Les supports de transmission :
4-1) Capteur-transmetteur :
4-1-1) Capteur :

Définition et constitution
Le capteur est l’élément primaire sensible au phénomène physique qui le traduit en une
grandeur exploitable généralement électrique. Il est le premier élément de la chaîne de
mesurage.
Lorsque le capteur est constitué de plusieurs éléments, le corps d’épreuve est celui en
contact direct avec le mesurande.
Il génère une grandeur physique intermédiaire (déplacement, déformation, force…)
traduite en une grandeur électrique (tension, capacité, induction…) par le transducteur
.
En pratique, les termes capteur et transducteur désignent le même constituant, traduit en
anglais par les mots sensor et transducer.

Capteur passif :
Le capteur est passif lorsque la grandeur électrique exploitable est une impédance à
dominante capacitive, inductive ou résistive. C’est un dipôle passif : l’impédance d’un
capteur passif n’est mesurable qu’avec un conditionneur électronique associé.
Exemple : jauge de contrainte résistive :
Une jauge de contrainte résistive (transducteur) est collée sur l’extérieur d’un tube. Sous
l’influence d’une variation de pression, la jauge subite une déformation identique au tube
(corps d’épreuve), et sa résistance ohmique varie.
4

Capteur actif :
Le capteur est actif lorsque, soumis au mesurande, il se comporte en générateur
électrique : générateur de charge, de courant, ou de force électromotrice.
Le signal généré est faible : pour une variation de
100 °C, la f.é.m d’un thermocouple type K varie de 4mv
Exemple : capteur générateur de charge
L’effet piézoélectrique du quartz traduit l’apparition de charges superficielles sur les
faces opposées d’une lame soumise à une force. Cet effet est réversible.
5
4-1-2) Transmetteur :

Définition
D’après la norme NF C 46-303, un transmetteur est un appareil qui, recevant une vraie
variable mesurée, produit un signal de sortie normalisé pouvant être transmis et ayant une
relation continue et définie avec la valeur de la variable mesurée.

Constitution
Pour élaborer un signal normalisé à partir du signal généré par le capteur, le transmetteur
comprend globalement un amplificateur, un filtre, et un traitement du signal. Le
transmetteur complète ainsi la chaîne de mesurage du capteur.
 L’amplificateur : en augmentant le niveau du signal électrique E1 délivré par le
capteur, réduit le rapport « bruit de fond/signal », et améliore ainsi la qualité du
signal E2 transmis.
 Le filtre : élimine ou atténue les signaux parasites dans la limite de certaines
fréquences pour garantir un signal de mesure E3 convenable. Parmi de
nombreuses familles de filtres, le plus répandu est le filtre passe-bas.
 Le traitement du signal : réalise la fonction finale désirée, généralement linéaire
entre le mesurande et la mesure, et détermine la nature, tension ou courant, et
l’intensité du signal de mesure. Dans le cas du capteur-transmetteur de pression,
6
le signal délivré est un courant( I) tel que : I = a · P + b, a et b dépendants du
réglage effectué.
Exemple : capteur-transmetteur de température à entrée thermocouple type K de 500 °C
à 900 °C, et sortie courant 4 – 20 mA. Ce capteur n’est pas linéaire, et c’est le
transmetteur qui rend la relation linéaire : I = 0,04 × T − 16.
Transmetteur universel intégré ou déporté :
Le capteur est fixé sur le procédé et il délivre un signal de mesure de faible intensité, qui
ne peut être transmis sur de grandes longueurs. La solution consiste à faire appel à un
transmetteur universel, soit intégré dans le boîtier de raccordement du capteur, soit
déporté et monté sur rail dans un coffret d’instrumentation distant jusqu’à quelques
dizaines de mètres du capteur.
Les transmetteurs actuels s’ adaptent à un très grand nombre de capteurs industriels par
configuration numérique. Elle permet notamment le réglage de la nature de l’entrée et de
son étendue, du temps de réponse souhaité, de la linéarisation éventuelle, et de la nature
de la sortie et de son étendue. Ils peuvent être de type universel ou bien spécifique à un
capteur comme pour les thermocouples ou les sondes RTD
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Transmetteur universel intégré
Transmetteur universel
Déporté. Prosensor
(Sans capteur). Prosensor
4-1-3) Signaux utilisés :

Signaux universels :
Un capteur délivre un signal de faible intensité désigné par l’appellation
« Signal bas niveau ». Pour l’étendue de mesure du capteur, les signaux « bas niveau »
sont : potentiomètrique, thermocouple, RTD (Resistor Thermometer
Detector), tension (exemples : – 20 mV à + 20 mV, 0 à 100 mV), ou courant.
Remarque :
Malgré un signal « bas niveau », un capteur peut être relié à l’entrée de mesure d’un
dispositif de contrôle tel qu’un automate programmable industriel (API) ou un régulateur.
Dans ce cas, la carte d’entrée se substitue au transmetteur absent et réalise par exemple
l’amplification et le traitement de linéarisation du signal délivré par un thermocouple.
– Un transmetteur délivre un signal appelé « signal haut niveau » puisque son énergie
permet la transmission de la mesure à une grande distance (plusieurs centaines de mètres)
du point de mesure. Ces signaux « haut niveau » sont :
0 – 5 V, 1 – 5 V, 0 – 10 V, 0 – 20 mA et 4 – 20 mA.

Le standard 4 – 20 mA
Le standard 4-20 mA est un moyen de transmission permettant de transmettre un
signal analogique sur une grande distance sans perte ou modification de ce signal.
8

Raccordement électrique d’un transmetteur
Le raccordement électrique d’un transmetteur au dispositif d’exploitation de la mesure,
dépend de la nature du signal de mesure et de son alimentation. Il existe des transmetteurs
« à 2 fils », « à 3 fils » ou « à 4 fils ».
Signal courant
Signal tension
Transmetteur
4-20 mA
0-20mA
0-5V
1-5V
0-10V
à 2 fils
Oui
Non
Non
Alimentation
en tension
continue
10Vdc à
48Vdc en
fonction de la
charge
Oui
Alimentation
en tension
alternative
24Vac 48Vac
230Vac ou
autre
à 3 fils
Oui
Oui
Oui
Oui
Non
à 4 fils
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Non
Raccordement des transmetteurs à signal 4 – 20 mA avec alimentation en tension
continue
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 Remarque :
En instrumentation industrielle, par soucis d’économie et de standardisation, les
transmetteurs « à 2 fils » en signal 4 – 20 mA sont les plus répandus.
5-Les trois types de transmetteur :
On peut séparer trois types de transmetteur :
 Les transmetteurs 4 fils (actifs) qui disposent d'une alimentation et qui fournissent
le courant I. Leur schéma de câblage est identique à celui des régulateurs.
 Les transmetteurs 3 fils (actifs) sont des transmetteurs 4 fils, avec les entrées
moins reliées.
 Les transmetteurs 2 fils (passif) qui ne disposent pas d'une alimentation et qui
contrôle le courant I fournie par une alimentation externe.
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6-La boucle de courant 4-20 mA :
6-1) But de la boucle:
La boucle de courant 4-20 mA est un moyen de transmission permettant de transmettre
un signal analogique sur une grande distance sans perte ou modification de ce signal.
6-2) Pourquoi la boucle 4-20 mA ?
On a toujours eu un besoin de transmettre un signal analogique depuis le premier capteur
analogique.
Au début les ingénieurs ont eu de grandes difficultés à trouver un signal électrique qui
pouvait être transmis sur des fils sans introduire des erreurs. L'utilisation d'une simple
variation de tension n'était pas assez fiable, car un changement dans la longueur et la
résistance des fils avait pour conséquence de modifier la valeur mesurée.
Deux solutions ont été proposé : une par transmission d'impulsion PDM ( Pulse Duration
Modulation) et l'autre par variation proportionnelle d'une fréquence selon la valeur
analogique.
Mais ces deux solutions coûtaient cher et étaient difficiles à mettre en œuvre.
Lorsque la boucle 4-20 mA est arrivé, elle est rapidement devenue le standard car elle a
pu être très précise et ne pas être affectée par la résistance des fils et par les variations de
la tension d'alimentation.
6-3) Comment est réalisé la boucle 4-20 mA :
Pour réaliser la boucle 4-20 mA, il faut au moins 4 éléments : l'émetteur, l'alimentation de
la boucle, les fils de la boucle et le récepteur. Ces 4 éléments sont connectés ensemble
pour former une boucle.
6-3-1) L'émetteur :
L'émetteur est composé d'un capteur qui va mesurer les grandeurs physiques comme la
température, la pression... et d'un émetteur de courant 4-20 mA.
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L'émetteur convertit la valeur mesurée par le capteur en un courant compris dans
l'intervalle 4-20 mA. On a un courant de 4 mA pour la premier valeur de l'échelle de
mesure du capteur et 20 mA pour la dernière mesure du capteur ( exemple: si on a un
capteur qui doit mesurer une température de -40°C à 50 °C, 4mA correspondra à -40°
C et 20mA à 50°C ) . Si on lit 0 mA la boucle ne fonctionne plus ou il y a une erreur dans
la boucle.
6-3-2) L'alimentation :
L'émetteur doit être alimenté pour fonctionner ceci est réalisé à l'aide des deux fils de la
boucle. Le courant de 0 à 4 mA de la boucle sert pour l'alimentation du circuit émetteur
(l'émetteur doit donc consommer moins de 4 mA). La plupart des émetteurs sont
alimentés en 24 V mais certain de bonne qualité n'ont besoin que de 12V.
6-3-3) Les fils de la boucle :
Deux fils relient tous les composants ensemble. Il y a quatre conditions pour le choix de
ces fils :
Il faut qu'ils aient une très faible résistance, une bonne protection contre la foudre, ne pas
subir d'impulsion de tension induite par un moteur électrique ou un relais et avoir
également une seule mise à la masse, plusieurs masse rendrait la boucle inopérante car
une petite fuite de courant de masse dans la boucle risquerait d'affecter l'exactitude de la
boucle.
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6-3-4) Le récepteur :
On a toujours au moins un récepteur dans la boucle. Il peut être un afficheur digital, une
table d'enregistrement, un déclencheur de vanne...
Ils ont tous une chose en commun, une résistance.
Il peut y avoir plus d'un récepteur dans la boucle tant qu'il y a assez de tension pour
alimenter la boucle, on peut insérer autant de récepteur que l'on veut.
Si l'on prend par exemple une résistance d'entrée de 250 ohms pour un récepteur, on
perdra 5V à cause de la tension au bornes de la résistance pour un courant de 20 mA. De
même un courant de 4 mA causera une perte de tension de 1V.
Si l'on prend trois récepteurs avec une résistance d'entrée égale à 250 ohms, on aura une
perte total de tension maximale de 3 x 5 = 15V pour un courant de boucle de 20 mA.
L'alimentation de la boucle devra avoir ces 15V en plus de celle nécessaire pour le
fonctionnement de l’émetteur et des pertes (négligeables) du à la résistance du fil.
6-3-5) Installation et test de la boucle :
Pour installer la boucle, il suffit de relier en série l'émetteur, l'alimentation et le récepteur
avec le fil.
Après avoir alimenté la boucle et avoir inséré un milliampèremètre. On devrait lire un
courant d'une valeur comprise entre 4 et 20 mA dépendant de la sortie de l'émetteur.
Il existe des appareils pour tester la boucle affichant précisément le courant de la boucle
qui simule l'émetteur ou le récepteur.
7-Astuce de calcul :
Dans une boucle de courant, le courant est l’image d’une grandeur physique. Grandeur
physique qui peut être une mesure ou une commande. On pourra représenter cette relation
linéaire à l’aide du graphique suivant :
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8-Exemple :
Un transmetteur de P .H est calibré entre 4pH et 10 pH avec une sortie de courant 4-20
mA
Calculer le PH mesurée par le transmetteur corés pondant pour une sortie du courant de
11,3 mA ?
Solution :
𝟐𝟎𝒎𝑨 − − − − − − − −→ 𝟏𝟎𝑷𝑯
𝟏𝟏, 𝟑 − − − − − −−→ 𝒙
𝟒 − − − − − − − −→ 𝟒𝑷𝑯
(𝟐𝟎 − 𝟒) − −→ (𝟏𝟎 − 𝟒)
(𝟏𝟏, 𝟑 − 𝟒) − −→ (𝒙 − 𝟒)
𝟏𝟔 − −→ 𝟔
{
𝟕, 𝟑 − −→ (𝒙 − 𝟒)
{
⟹ (𝒙 − 𝟒) = 𝟐, 𝟕3
⟹ 𝒙 = 𝟐, 𝟕𝟑 + 𝟒 = 𝟔, 𝟕𝟑
Donc :
𝒙 = 𝟔, 𝟕𝟑 𝑷𝑯
9- Transmission sur supports filaires en cuivre :
Les supports en cuivre employés sont la paire torsadée et le câble coaxial.
9-1) Paire torsadée (STP et UTP) :
– peu coûteuse, symétrique, écranté ou non
– très utilisée (téléphone, réseaux locaux),
– large infrastructure existante,
– débit limité (centaine de MBits/s)
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9-2 Supports bifilaires (symétriques) :
La paire torsadée est le support de transmission le plus ancien et encore le plus
largement utilisé, principalement pour les services téléphoniques. La paire torsadée est
composée de deux conducteurs en cuivre, isolés l'un de l'autre, et enroulés de façon
hélicoïdale autour de l'axe longitudinal. L'affaiblissement croit rapidement avec la
longueur du support.
Le débit binaire accessible dépend de la qualité du câble et de sa longueur ; il peut varier
entre quelques dizaines de Kbit/s sur quelques dizains de km, quelques Mbit/s sur
quelques km et plusieurs centaines de Mbit/s pour quelques centaines de mètres. La
sensibilité aux parasites d'origine électromagnétique est relativement importante mais
peut être réduite si le câble est blindé. Enfin, le taux d'erreur est de l'ordre de 10-3. Le
rayonnement électromagnétique d'un câble non blindé permet l'écoute de la
communication.
L'importance de l'infrastructure en paire torsadée au niveau des réseaux de
télécommunication et du câblage des immeubles, ainsi que l'évolution des techniques de
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transmission sur des paires torsadées (ADSL, Gigabit Ethernet), font que son
remplacement généralisé, par d'autres supports, ne soit pas envisagé à court terme.
9-2-1) Support coaxial :
Plus cher que la paire torsadée, le câble coaxial est encore largement utilisé pour des
artères à moyen débit des réseaux de transport, ainsi que pour les réseaux de
télédiffusion.
Deux types de câbles sont les plus utilisés, le câble à impédance caractéristique de 50
ohms (notamment pour les réseaux locaux) et le câble à impédance de 75 ohms
(télédiffusion, artères internes aux réseaux téléphoniques interurbains et internationaux).
La bande passante peut atteindre 400 MHz sur plusieurs dizaines de km. Le débit binaire
typiquement employé est de 10 Mbit/s (réseaux Ethernet) sur des distances inférieures à
(1km) et peut monter jusqu'à plusieurs centaines de Mbit/s sur des distances très courtes.
La sensibilité aux parasites ainsi que l'affaiblissement sont réduits par rapport à la paire
torsadée (mais le prix est significativement plus élevé). Le taux d'erreur est de l'ordre de
10-7. Le câble coaxial est progressivement remplacé par la fibre optique.
9-2-2) Transmission par fibre optique :
Les signaux binaires sont transmis sous la forme d'impulsions lumineuses, à travers un
guide d'onde en fibre de verre. Afin de maintenir les rayons lumineux à l'intérieur de la
fibre optique, le phénomène de réflexion totale est employé :
Transmission dans une fibre optique
L'indice de réfraction de la gaine (n1) doit être inférieur à celui du coeur (n2). L'angle
critique est donné par la formule :
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𝜃𝑐 = 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛
𝑛1
𝑛2
(dans l'équation de la réfraction 𝑛1𝑠𝑖𝑛𝜃1 = 𝑛2𝑠𝑖𝑛𝜃2, 𝜃2 = 𝜃𝑐 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑑 𝜃1 = 90°)
Afin de subir uniquement des réflexions totales dans la fibre, un rayon lumineux en
provenance d'une source (diode électroluminescente pour des longueurs d'onde 800-900
nm, diode laser pour 800-1300 nm) doit atteindre le bout de la fibre sous un angle
d'incidence inférieur à :
√𝑛22 _𝑛12
𝜃𝐴 = 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛
𝑛0
𝑛0 étant l'indice de réfraction de l'air.
Tous les rayons qui dépassent l'angle critique subissent une réflexion totale ; ce sont donc
en général plusieurs rayons, correspondant au même signal, qui se propagent à l'intérieur
de la fibre optique fibre multimode à saut d'indice (dessins précédents) ou à gradient
d'indice.
Quand le diamètre du cœur de la fibre est tellement réduit (comparable à la longueur
d'onde de la lumière utilisée) qu'un seul rayon peut se propager, la fibre est appelée
monomode.
Les débits binaires varient entre plusieurs centaines de Mbit/s (fibre multimode, plusieurs
km) et environ 10 Gbit/s (fibre monomode, jusqu’à 100 km). L'affaiblissement est très
réduit, 0,2-0,8 dB/km, donc les transmissions sans répéteurs sur des distances
de 100 à 200 km sont courantes. L'étude de l'affaiblissement dans une fibre de silice fait
apparaître 3 minima : 1dB/km pour une longueur d'onde
de 850 nm, 0,35 dB/km pour 1300 nm et 0,2 dB/km pour 1550 nm.
La fibre optique est insensible aux parasites d'origine électromagnétique et assure un taux
d'erreur très bas, de l'ordre de 10-12. Aussi, la fibre optique ne produit pas de
rayonnement électromagnétique, ce qui contribue à la confidentialité des transmissions.
Grâce à ses avantages, la fibre optique non seulement remplace le câble coaxial sur les
artères (backbones) des réseaux de télécommunication, mais s'impose aussi pour
l'infrastructure des réseaux locaux à haut débit (Gigabit Ethernet) et est parfois employée
pour la boucle locale (FTTO, Fiber To The Office). Le câble en fibre optique reste en
revanche plus cher que le câble coaxial et son installation pose des difficultés
17
supplémentaires. Après avoir été largement employées il y a quelques années, les fibres
multimode sont en cours de remplacement aujourd'hui par des fibres monomode.
11-Protocole :
1-Définition :
Les protocoles qui interfacent les échanges de données de façon standard et formelle ne
sont pas tous des réseaux, car certains de ces protocoles ne spécifient pas le support de
transmission des données ni la manière de les véhiculer. Ces protocoles cherchent à
répondre à des exigences particulières et à des besoins spécialisés, tout en bénéficiant
d’infrastructures réseaux existantes pour acheminer les données d’un point à un autre.
Certains de ces protocoles peuvent être utilisés "tels quels" dans des contextes bien
circonscrits, mais ils sont souvent encapsulés dans les protocoles des réseaux qu’ils
utilisent comme "véhicule".

Le protocole de transmission est un ensemble de règles qui définissent les
échanges entre éléments. Cela concerne :
- la vitesse d'échange exprimée en Baud (1 Baud = 1 bit par seconde). Elle varie de 1 200
Bauds à quelques Méga Bauds suivant les systèmes et les fabricants),
- les modes de transmission : bits de début et de fin de message, bit de parité, structure
des bits de données, etc.,
- les codes de transmission (ex : Code ASCII).
2-Signal de communication HART
Le protocole HART (Highway Addressable Remote Transducer) permet la
communication simultanée de données analogiques et numériques. Ce protocole de
communication de type série est spécifique au contrôle industriel et compatible avec les
boucles de courant analogique 4 – 20 mA.
La communication effectuée sous forme digitale utilise un courant alternatif modulé en
fréquence qui est superposé au courant analogique 4 – 20 mA sans l’altérer puisque sa
valeur moyenne est nulle. Le protocole est basé sur un système de modulation Bell 202 et
du procédé FSK (Frequency Shift Key) : les données numériques sont transmises en série
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avec une fréquence de 1 200 Hz pour l’état logique 1 et une fréquence de 2 200 Hz pour
l’état logique 0.
Raccordement d‘un transmetteur à protocole HART
Le transmetteur, repéré par son adresse, est configurable par un ordinateur équipé d’un
modem, ou via une console de configuration portative, branché en parallèle sur la boucle
de courant avec une résistance minimale de 250 ohm
L’opérateur peut alors régler, par exemple, l’étendue de mesure avec son unité, le temps
de réponse, les valeurs d’alarmes, la validation d’une racine carrée ou cubique sur le
signal de mesure, et pour la maintenance préventive, interroger l’état du transmetteur, de
la mesure, ou encore de la température du boîtier. La longueur maximale de cette
transmission est de 3 000 m avec un câblage en paire torsadée.
La boucle peut comporter jusqu’à 8 transmetteurs en série sur les deux fils, mais dans ce
cas un seul transmetteur peut fournir un signal de mesure en 4 – 20 mA.
3. Exemple des protocoles :
3.1-Le protocole DNP3 :
Une part non négligeables de ces protocoles peut utiliser plusieurs infrastructures réseaux
totalement différentes pour acheminer les données vers leur destination, les protocoles
OPC et DNP3 en particulier.
Cependant, cette classification tend à être floue : une multitude de protocoles employés
dans les technologies Ethernet pourrait satisfaire à cette définition, de même que le
protocole Modbus qui est un protocole "généraliste" , ou les protocoles IO-link,
Drivecom, MACRO et SERCOS qui sont des protocoles spécialisés pour les applications
de contrôle d' axes, de robotique ou destinés à communiquer avec des capteurs et des
actionneurs.
19
DNP3 : Protocole de Réseau Réparti pour Superviser la Distribution d’Énergie
Protocole de Réseaux Distribués Standard, Ouvert, Sûr et Robuste
DNP3 est un protocole de réseaux distribués maître-esclave et multi-points
spécialement conçu pour la supervision et le contrôle des systèmes de distribution
d’énergie. A l'origine, DNP 3 a été développé par GE-Harris en 1993, avant de devenir
un standard ouvert spécialement conçu et adapté aux industries de l'énergie, en
particulier la production et le transport de l’énergie électrique. DNP 3 est dorénavant
contrôlé par le DNP user group qui représente les acteurs de l'industrie incluant les
services et les vendeurs.
Une des particularités de la supervision des systèmes d'alimentation en énergie est la
nécessité d'un taux de sûreté élevé, une grande précision de mesures et une grande
sécurité. Une autre de ses particularités est la collecte d'une petite quantité de données sur
de très nombreux sites distants. Pour tenir compte de ces spécifités, et dans le but
d'obtenir une gestion des communications efficace, le protocole DNP3 n'utilise que les
couches 1 (couche physique), 2 (couche liaison) et 7 (couche application) du modèle
OSI. DNP3 est conçu pour communiquer avec une grande interopérabilité entre les
réseaux locaux (LAN) et les réseaux étendu (WAN), et permet de collecter des données
vers un serveur maître à partir de concentrateurs, d'automates programmables ou
d'équipements électroniques "intelligents".
3.2 Le protocole IP (Internet Protocol) :
IP est le protocole principal de la couche réseau qui est utilisé à la fois par TCP, UDP,
ICMP et IGMP.
Une application peut également accéder directement à IP (rare mais possible).
Chaque bloc de données qui circule sur l’Internet traverse la couche IP de tous les hôtes
en extrémités du réseau ou routeurs intermédiaires. Il assure le routage des messages qui
est direct si le destinataire est sur le même réseau ou indirect via routeur ou passerelle. Le
service est non fiable, il n’existe aucune garantie que le datagramme arrive à destination.
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Il fournit un service qualifié de "au moindre effort" ou "au mieux". En cas de saturation
de buffers, IP ne sait que rejeter un datagramme et essayer de prévenir l’émetteur via un
message ICMP.
La fiabilité doit être assurée par les couches supérieures.
3.3 Le protocole TCP (Transmission Control Protocol) :
TCP est destiné à être implémenté sur la couche transport du modèle OSI. C'est un
protocole de transport fiable orienté connexion et flux de données. TCP se charge de
traiter la non fiabilité d'IP.
L'offre Ethernet TCP/IP de Schneider Electric implémente sur la couche application les
protocoles applicatifs natifs que sont UNI-TE et Modbus.
Ceci afin de satisfaire aux besoins de dialogue d'application à application et ainsi assurer
l'interopérabilité des différentes plates-formes automates.
De nombreux services sont disponibles sur les coupleurs Ethernet de Schneider Electric,
à savoir :
• applets de diagnostic embarqués afin de pouvoir assurer un diagostic de l'automate et de
sa configuration de manière simple et transparente au travers d'un navigateur Internet,
• applet d'éditeur de données dont l'objectif est de pouvoir accéder à la base de données
(protégée par mot de passe) de l'automate par un navigateur
Internet,
• applet d'éditeur graphique permettant de visualiser et commander, depuis un navigateur
Internet, sous forme graphique (barographes, curseur, rotacteur, afficheur, courbes...) les
données du procédé,
• applet "diag viewer" autorisant le report d'alarmes générées par un Premium et d'en
gérer les acquis.
Ceux-ci seront distribués sur le réseau Ethernet TCP/IP pour ainsi en faire bénéficier la
totalité des acteurs.
Diag viewer est accessible par un navigateur Internet.
Ces fonctions sont fournies avec les coupleurs concernés et ne nécessitent aucun
développement.
De plus, certains coupleurs disposent d'une mémoire utilisateur permettant le chargement
de pages HTML et ainsi autoriser la conception d'un dialogue
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homme/machine temps réel embarqué.
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4- Schéma sur Les protocoles d'Internet :
23
Conclusion
La transmission besoin des supports et ces trouves beaucoup. Il y a des supports qui
transmirent les grandeurs physiques (température, le courant,..) Et les supports de
communication qui transmit les données comme la vois …par le téléphone comme
exemple.
Le transmetteur est un élément essentiel de la chaine de régulation.il a pour but de
convertir la mesure effectuée par un capteur, en un signal standard. Ce signal analogique
4-20mA qui contient les caractéristiques suivantes:
– il n’est pas affecté par les chutes ohmiques de tension ;
– les tensions parasites ne l’influencent pas, grâce à l’impédance interne du générateur de
courant en série dans la boucle ;
– il autorise la transmission de la mesure sur une distance supérieure à 1 km ;
– il possède une bonne immunité aux parasites de type magnétique ;
– il est économique, puisque deux fils par instrument suffisent pour l’alimentation en
tension et la transmission de la mesure ;
– la valeur 4 mA permet de différentier le zéro de mesure de la rupture de la transmission,
et d’alimenter le transmetteur dans le cas d’un « 2 fils » ;
– il admet la superposition d’un signal numérique de communication HART.
L’inconvénient du signal en courant analogique, 4 – 20 mA ou 0 – 20 mA, est qu’une
vérification du transmetteur conduit à couper la transmission, puisque tous les
instruments sont montés en série dans une boucle de courant. Le « signal
HART » détourne en partie cet inconvénient.
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Bibliographie
http://www.scan-data.com/app-1115.pdf
http://www.bb-elec.com/bb-elec/literature/tech/curentlp.pdf
Liens constructeurs :
Burr-Brown:
http://www.ti.com/
Analog Device:
http://www.analog.com
 Cahier technique N° 197 "Bus de terrain" Schneider Electric
 Livre d’instrumentation et régulation en 30 fichiers-chapitre°06- [DUNOD]
 Lessons In Industrial Instrumentation By Tony R. Kuphaldt -Version 1.21 – Last
update November 16, 2011
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