Les Bus De Terrain

Les bus de terrain

TS MAI

LES BUS DE TERRAIN 1 Architecture d’un bus de terrain

2 Un peu d’histoire Concrètement, les bus de terrain sont apparus dans l’atelier à la fin des années 70 avec l’arrivée des protocoles de communication entre les automates et la console de programmation (prise RS232). L’utilisation de protocoles d’échange entre API et console transformée en moyen de communication va faire éclater un marché alors demandeur et pousser vers les bus industriels. Les premiers systèmes de communication étaient du type maître-esclave avec des services limités, les évolutions technologiques ont permis d’augmenter le nombre des services et leurs performances, conduisant ainsi aux architectures distribuées offrant la possibilité pour plusieurs équipements de dialoguer dans un système multi maître. Ces architectures distribuées vont ensuite descendre au plus bas vers les capteurs/actionneurs. Le bus de terrain va permettre de déléguer une partie de l’intelligence de l’API vers des capteurs/actionneurs intelligents. Le capteur va dès lors par l’intermédiaire du bus de terrain communiquer non seulement la mesure d’une grandeur physique mais également des informations sur son état de fonctionnement, la validité de la mesure… Cette évolution intrinsèque des capteurs qui deviennent plus intelligents pousse les fabricants à les rendre communicants. La montée en puissance des bus de terrain devient par conséquent inexorable.

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

1/18

Les bus de terrain

TS MAI

3 Bon à savoir Les réseaux sont généralement répartis en fonction de leur étendue géographique :

Certains termes sont souvent utilisés en parlant de réseau :

WAN (Wide Area Network)

APPLICATION

Réseaux de grandes distances internationaux et nationaux (Ex : réservation aérienne, Echanges bancaires, Internet…)

Ensemble de fonctions réalisées avec des matériels, des logiciels.

ARCHITECTURE

MAN (Metropolitan Area Network)

Manière de répartir les fonctions, les traitements…

Réseaux pour les besoins d’une agglomération (Ex : gestion des bâtiments communaux, trafic urbain…)

LAN (Local Area Network)

RESEAU Ensemble des moyens de communication permettant aux fonctions de communiquer entre elles.

Réseaux limités à 1 ou plusieurs bâtiments (Ex : réseau d’entreprise)

Quelles sont les différences entre les Réseaux et le Bus de terrain ? Techniquement, aucune. Il s’agit d’une différence de langage due aux métiers concernés. Pour la communauté des électriciens, le terme réseau signifie le réseau électrique. Ils préfèrent donc utiliser le vocable Bus, laissant aux informaticiens l’expression réseau. Pour les informaticiens, le bus reste une topologie qui ne peut donc devenir un terme générique.

4 La pyramide CIM La pyramide CIM (Computer Integrated Manufacturing) désormais incontournable a été crée dans les années 80 afin de mieux faire comprendre l’apport de l’informatique au monde des automaticiens. Les réseaux locaux industriels répondent aux besoins du système d’automatisme (niveaux 2, 1 et 0), les réseaux informatiques et les systèmes de télécommunication apparaissent dans les niveaux 3 et 4.

Niveau 4 Le système d’information de l’entreprise Gestion globale de l’entreprise

Transmission entre unités distantes avec des volumes d’échanges importants, de la messagerie et aussi un passage vers le multimédia.

Echanges entre la supervision et le système d’information du site de Niveau 3 production. Le plus souvent il s’agit de transfert de fichiers avec des La gestion de production volumes de données élevés et des temps de réponse non-critiques Ordonnancement et suivi de production Contrôle qualité et suivi des moyens Niveau 2 La supervision Conduite, optimisation et surveillance Niveau 1 La commande Traitement et dialogue : la commande Configuration et diagnostic : la maintenance Niveau 0 Les constituants Commander et protéger : les pré-actionneurs Actionner et mesurer : les capteurs et actionneurs

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

Les échanges sont essentiellement événementiels : téléchargement de programmes, transferts de tables de données…Les volumes de données sont moyens. Echanges entre une unité de traitement et ses interfaces et périphériques. Les échanges de données sont cycliques et événementiels. Les volumes de données sont faibles.

Echanges le plus souvent cycliques entre unité de traitement et capteurs ou pré-actionneurs. Le volume des échanges est faible.

2/18

Les bus de terrain

TS MAI

Certains anglicismes sont communément employés par les automaticiens pour désigner les différents bus caractérisés par les types d’équipements qui y sont généralement raccordés : SensorBus

Bus de capteurs et d’actionneurs Il s’agit d’un bus aux temps de réponse très courts. Il requiert le plus souvent des actions réflexes au plus près des actionneurs. Par contre, il n’est pas nécessaire d’informer dans les mêmes délais les niveaux supérieurs Exemple de SensorBus : AS-i, Bitbus, Seriplex…

DeviceBus

Bus de périphérie d’automatismes Le concept de DeviceBus est assez récent et vient, en réalité, préciser un domaine précédemment couvert par le concept de FielBus. Les DevicesBus sont plus orientés manufacturiers haute vitesse et déterminisme. Exemples de DeviceBus : DeviceNet, DeviceWorldFIP, SDS, Interbus, Profibus DP…

FieldBus

Bus Inter-unités de traitement Ce sont des bus de synchronisation entre unités de traitement, qui sont le plus souvent des automates ou des SNCC (Système Numérique de Contrôle-Commande). Les FieldBus sont plus orientés procédés continus basse vitesse. Exemples de FieldBus : Profibus FMS, Prifibus PA, FieldBus WorldFIP, Modbus +…

DataBus

Bus informatique Il permet le transfert et la configuration de fichiers. Il s’agit dans la majorité des cas de réseaux informatiques plutôt que de réseaux d’automatismes à proprement parler, mais les deux communiquent ensemble. Exemple de DataBus : MMS sur Ethernet, FDDI, MAP…

5 Firmament des bus

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

3/18

Les bus de terrain

6

TS MAI

Bus ou pas Bus ?

Le proverbe « qui peut le plus, peut le moins » n’a pas cours chez les investisseurs : pour eux, il s’agit d’une comparaison du coût d’une installation automatisée avec ou sans bus de terrain. Peu de personnes se sont risquées à répondre de façon pragmatique à la question « Bus ou pas Bus ? ». Et pourtant, ce sont les seuls éléments qui vont permettrent aux bus de terrain de se répandre dans les entreprises. En effet, pourquoi investir dans une nouvelle technique si la rentabilité n’est même pas assurée ? Ce serait prendre un risque inconsidéré là où une solution traditionnelle serait suffisante et sécurisante. Pour apporter des réponses concrètes à toutes les questions portant sur les avantages des bus de terrain, il faut avoir une vue globale à tous les stades de l’automatisme. Cela comprend aussi bien la conception, l’installation, le câblage que la mise en route, l’exploitation ou la maintenance. 100%

Guy Fages Exploitation Maintenance

90% 80% 70% 60%

Mécanique

50%

Réalisation

40% 30% 20% 10%

Automatisme

Etude

Machine/Installation

Automatisme

L’application industrielle type n’existe pas, mais il est généralement admis que la durée de vie d’une installation tourne autour d’une dizaine d’années et que la partie purement « automatisme » de cette installation se situera aux alentours de 10 à 20% du coût total de l’investissement. Pour la partie « Automatisme », la phase étude tourne autour de 20 à 30% du coût global, la réalisation de 40 à 60% et les frais d’exploitation représentent quant à eux de 20 à 30%.

0%

6.1

100%

Le Bus de terrain en phase Etude

90% 80%

Programmat ion

70% Pr ogrammat ion 60% 50% Schémas 40%

Schémas

30%

Les gains à attendre d’une solution Bus de terrain par rapport à une solution traditionnelle vont varier en fonction de la répétitivité de l’application. S’il s’agit d’une installation unique on pourra obtenir des gains de 20 à 30% pour la partie spécification et gestion de projet ; d’environ 20% pour l’établissement des schémas, plans de câblage et dossiers, et de 10 à 20% pour la réalisation/mise au point des programmes.

20% Gest ion Projet

Gest ion Projet

Classique

Bus de t err ain

10% 0%

6.2

Le Bus de terrain en phase Réalisation

100% 90%

Mise en ser vice

80% Mise en ser vice

70% 60%

Main d'œuvr e câblage

50%

Main d'œuvr e câblage

40% 30% 20% 10%

C’est ici que l’on retrouve certains arguments qui ont fait réfléchir les investisseurs, à savoir le coût d’acquisition du matériel d’automatisme qui est le plus souvent plus important que dans les solutions plus classiques.

Câbles

Câbles

Cof f r et s et

Cof f r et s et

ar moir es

ar moir es

Mat ér iel

Mat ér iel

aut omat isme

aut omat isme

Classique

Bus de t er r ain

0%

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

Ex : un capteur ou pré-actionneur intelligent, connectable sur un bus de terrain, coûte entre 15 et 50% plus cher que son équivalent non intelligent. Cette augmentation en coût du matériel est en partie récupérée sur le poste coffrets, armoires, … Les gains les plus importants se feront sur l’acquisition des câbles et chemins de câbles et la main d’œuvre liée à leur installation. Les gains dans la phase de mise en service se font aussi bien au niveau des coûts que des délais de réalisation et par conséquent de mise sur le marché des nouveaux produits.

4/18

Les bus de terrain

6.3

TS MAI

Le Bus de terrain en phase Exploitation

Les avantages apportés par le bus de terrain en exploitation sont difficilement quantifiables, citons : 9 9 9

6.4

Maintenance simplifiée Temps d’intervention réduits Standardisation des composants

Economie totale de l’automatisme Comme nous venons de le voir à chaque étape de l’automatisation (20% en étude, 15% en réalisation et 10 à 20% en exploitation), le bus de terrain apporte un gain non négligeable.

100% 90%

Exploitation

80% 70%

Exploitat ion

Bien entend, chaque application est différente et il est évident que des disparités importantes ont été remarquées en fonction des topologies d’installation.

Réalisat ion

Le gain de temps global de 10 à 20% ne devrait que progresser dans le futur ; les produits suivant les lois du marché verront leur coût baisser lorsque les commandes prendront une courbe exponentielle

60% 50%

Réalisation

40% 30% 20% Etude

10%

Etude

0% Classique

6.5

Bus de t errain

Exemples de chiffrages

6.5.1 Exemple 1 Deux chiffrages ont été réalisés pour l’automatisation d’un chalutier. Le premier basé sur une architecture centralisée classique a fait ressortir un coût de réalisation de 95000 F pour un coût d’acquisition des constituants d’automatisme de 31000 F. Le second, utilisant des blocs d’entrées/sorties réparties TBX sur WorldFIP, amène un coût total de réalisation de 74000F dont 37500F pour les constituants d’automatisme. Dans cet exemple, le bus de terrain a apporté une économie totale en phase réalisation de 22% bien que le coût des constituants d’automatisme soit de 21% supérieur à une solution centralisée.

6.5.2 Exemple 2 Projet d’extension d’un bâtiment de bureaux avec la mise en place d’un plateau de 600 m² Désignation

Prix HT traditionnel

Prix HT bus

cloisonnement amovible doublage PMS (63.690,43) doublage styl

281 056, 27

264 120, 00

72 554, 23

72 996, 00

plafond

137 067, 90

119 130, 00

plus value goulotte électrique basse clips plus value goulotte haute support canalisation électrique courant fort complément gestion technique chauffage éclairage alarme technique intrusion par infrarouge passif

61 893, 60 27 492, 00 239 985, 25 113 702, 00

240 734, 41 67 392, 00

118 963, 00

116 153, 95

56 515, 13

52 622, 69

49 602, 95

34 937, 05

climatisation

574 430, 72

576 380, 68

menuiserie alu et volets roulants motorisés

532 653, 48

519 296, 00

incendie

revêtement sol Total

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

85 500, 00

85 500, 00

2 262 030, 93

2 238 648, 38

5/18

Les bus de terrain

TS MAI

7 Le Bus AS-I (Actuator Sensor Interface) 7.1

Historique

En 1990 s’est créé un groupe de 11sociétés spécialisées dans les capteurs et les actionneurs (Balluf, Baumer, Elesta, Festo, Ifm, Leuze, Pepperl & Fuchs, Sick, Siemens, Turck, Visolux), ce consortium ayant pour tâche de définir un système de transmission commun pour tous les capteurs : ainsi est né le concept AS-interface (Actuator Sensor Interface). Une association AS-i a été fondée en 1992 en vue de coordonner, certifier et standardiser le bus.

Les produits certifiés sont reconnaissables au logo AS-i ombré. Certains produits peuvent être estampillés du logo AS-i non ombré ; dans ce cas il s’agit d’un produit répondant au standard AS-i mais n’ayant pas été homologué par le bureau des certifications AS-i.

7.2

Constituants de base

Le système AS-i est un bus de terrain de type maître-esclave permettant de raccorder des capteurs et actionneurs souvent binaire de différents fournisseurs sur un module de conversion sérielle. AS-i est composé de deux éléments de base majeurs, l’ASIC et un câble.

7.2.1 l’ASIC (Application Specific Integrated Circuit) L’intelligence d’AS-I se trouve en partie regroupée dans un ASIC qui est soit intégré directement dans le capteur/actionneur (constituant AS-I, dit communicant), soit dans une interface bus (répartiteur ou interface bus/entrées-sorties T.O.R.) qui peut accepter des capteurs et actionneurs traditionnels (constituants standards dit non-communicants) C’est l’ASIC qui va gérer toutes les fonctions du capteur ou de l’actionneur afin d’informer le maître AS-i sur l’état de la commutation, communiquer la disponibilité de fonctionnement du capteur ou de l’actionneur.

L’ASIC dispose de 4 ports (D0, D1, D2, D3) délivrant les niveaux de tension de l’esclave AS-i. Ils constituent les 4 bits de données échangés entre le maître et l’esclave. Ces ports peuvent être configurés en entrée, en sortie ou en entrée/sortie (bidirectionnel). Il dispose également de 4 bits de paramètres (P0, P1, P2, P3) qui procurent à l’esclave, une intelligence supplémentaire puisqu’ils permettent de contrôler des fonctions spécifiques de l’esclave, telles que : 9 9 9 9

Des inversions d’état Des changements d’échelle de sensibilité Des temporisations spécifiques …

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

6/18

Les bus de terrain

TS MAI

7.2.2 Le CABLE Le câble d’une forme particulière permet d’éviter les inversions entre les deux fils. Il se compose physiquement d’une liaison à 2 fils non blindés supportant l’alimentation (24 volts) des capteurs/actionneurs et les signaux d’information.

Les connexions sur le câble s’effectuent par les prises vampires des accessoires de raccordement. Le matériau de la gaine a des propriétés physiques telles que les perçages réalisés par les vampires se referment hermétiquement dès le retrait des prises (gaine auto-cicatrisante) Le câble n’est pas blindé et de couleur Jaune.

Il est également possible d’utiliser un câble rond standard :

Ce câble alimente électriquement les capteurs et actionneurs connectés sur le bus et véhicule les signaux. Sa connexion se fait par vis étrier. Le câble pouvant être utilisé, proposé par le consortium AS-i, porte la référence : H05VV-F2x1.5

7.3

Le maître AS-i

AS-i comprend un coupleur « maître » chargé d’assurer l’interface entre le bus et l’organe de commande (PC, API, superviseur, passerelle, etc.). Le maître est l’entité intelligente qui gère les échanges sur le bus. Il appelle les esclaves successivement, par scrutation du bus, leur adresse des informations (leurs sorties) et attend leur réponse. Coupleur Asi (Schneider)

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

7/18

Les bus de terrain

TS MAI

AS-i accepte deux types de maîtres différents :

c Le maître automate programmable qui intègre un coupleur de communication AS-i va rendre la communication transparente pour le programme utilisateur.

d Le maître passerelle qui va transformer le bus AS-i en un simple nœud de communication d’un réseau de niveau supérieur (FIPIO par exemple ou passerelle MODBUS)

Un maître AS-i se caractérise par 3 niveaux de profil offrant des fonctionnalités différentes. Type de profil Profil minimal

M0

•

Lecture et écriture des données d’E/S

Profil Réduit

M2

• •

Lecture et écriture des données d’E/S Modification des paramètres de l’esclave

• • • •

Lecture et écriture des données d’E/S Modification des paramètres de l’esclave Test/diagnostic du réseau Contrôle de la configuration projetée par rapport à la configuration réelle

Profil complet

7.4

Fonctionnalités

M1

L’alimentation AS-i

L’alimentation AS-i est destinée à alimenter les constituants connectés sur le bus. La transmission simultanée de l’information et de l’énergie sur le même câble nécessite de découpler le bus AS-i du bloc d’alimentation. C’est pourquoi, l’alimentation spécifique AS-i intègre un filtre de découplage supportant le courant continu maximum fourni par l’alimentation sans dégradation de ses caractéristiques et présentant une impédance élevée vis-à-vis des fréquences de transmission des informations Les deux éléments principaux de l’alimentation AS-i sont donc : 9 une alimentation en courant continu, 9 Un circuit de découplage. Remarque : Aucune des deux polarités AS-i+ et AS-i- ne doit être raccordée à la terre

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

8/18

Les bus de terrain

TS MAI

Alimentation auxiliaire Le fonctionnement standard du réseau AS-i limite la consommation de chaque esclave à 100mA. Dans le cas où l’esclave nécessite une alimentation supérieure à 100mA, ou lorsque le module E/S comporte des sorties relais, on installera une alimentation auxiliaire. Certaines alimentations fournissent également cette alimentation auxiliaire.

Un câble plat spécifique de même forme que le câble noir peut être utilisé avec certains composants pour l’alimentation auxiliaire des actionneurs.

Dans le cas des composants à connexion par câble rond, un accessoire d’alimentation auxiliaire permet de raccorder le fil d’alimentation au moyen de deux bornes.

Architecture type

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

9/18

Les bus de terrain

7.5

TS MAI

Caractéristiques du bus AS-i

7.5.1 AS-i est rapide Il permet de raccorder jusqu’à 248 entrées et sorties ou 62 esclaves (4 entrées et sorties par esclave). Le temps de scrutation par le système maître permet de gérer les process les plus performants : 9 9 9

5 ms maximum pour le traitement de 124 E/S 1 ms maximum pour le traitement de 6 E/S

Spécifications AS-i Version 2.0 Version 2.1 Version 3.0

TOR 31 62 62

Nbre max. d’esclaves Analogique 31 62 62

AS-i Safety 31 31 31

Nbre entrées TOR 31 x 4 = 124 62 x 4 = 248 62 x 8 = 496

Nbre sorties TOR 31 x 4 = 124 62 x 4 = 248 62 x 8 = 496

7.5.2 AS-i est complémentaire AS-i est complémentaire aux autres réseaux de communication. Le raccordement avec AS-i se faisant au moyen de passerelles.

7.5.3 Topologie

7.5.4 AS-i est flexible D’architecture et de topologie idéalement libre, il permet une évolution dans le temps des installations d’automatismes. En particulier, le câblage est facilement modifiable.

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

10/18

Les bus de terrain

TS MAI

Dans le cas d’une machine compacte (ensemble de capteurs/actionneurs situés dans un périmètre limité), la topologie en étoile ou en arbre du bus AS-i est particulièrement bien adaptée. Toute dérivation sur tout segment du bus est autorisée à condition que la longueur du bus n’excède pas 100 m. Il est possible d’accroître la longueur du bus en utilisant un « Répéteur ».

Le répéteur est constitué de deux émetteurs/récepteurs pour chaque direction. Il régénère les signaux reçus. Le répéteur constitue également un excellent moyen pour isoler galvaniquement deux segments de bus AS-i. Initialement limité à 300m soit une distance de 100m reconduite 2 fois à l’aide d’un répéteur, la longueur du bus peut atteindre 600m par l’utilisation de « plug extension » faisant passer chaque tronçon de 100m à 200m. L’ensemble est répété deux fois pour atteindre la longueur totale de 600m, à condition que le maître soit situé au milieu du réseau.

7.5.5 Caractéristiques techniques

Caractéristiques techniques Topologie

Structures en arbre, ligne, point à point

Médium

Simple paire non blindée pour la communication et l'alimentation

Alimentation & Automate

24 VDC +20 -15

consommation réseau AS-i

30,6 VDC 2,8 A (0,1 A/esclave)

Longueur du réseau

100 m maximum

Nombre d'esclaves

62 maximum

Nombre de points

248 capteurs et actionneurs binaires par réseau

Type d'accès Adressage Format des données

7.6

Scrutation cyclique des esclaves Acyclique sur demande du maître Adresse contenue dans l'esclave, le maître peut configurer l'adresse 4 bits par esclave

Temps de cycle

Max 5 ms pour 31 esclaves

Traitement des erreurs

Détection et répétition des messages erronés

Composants

Composants passifs

Composants actifs (esclave)

Tout composant d’automatisme standard n’intégrant pas de puce ASIC

Tout composant d’automatisme non standard intégrant une puce ASIC et de ce fait esclave du maître s’il est connecté au bus AS-i

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

11/18

Les bus de terrain

TS MAI

7.6.1 Profil d’un esclave AS-I D0, D1, D2, D3 définissent la configuration des E/S sous la forme d’une trame de 4 bits partie intégrante des messages cycliques AS-i PO,P1,P2,P3 définissent si nécessaire des paramètres de fonctionnement de l’esclave sous la forme d’une trame de 4 bits partie intégrante des messages acycliques AS-i

Chaque esclave connectable sur le bus AS-i est défini par ce que l’on appelle un profil de type X.Y figé par construction. Le profil est entièrement déterminé par la configuration E/S (I/O code) et le code d’identification (ID code). L’I/O code permet de caractériser le(s) type(s) d’éléments(s) connectables sur l’esclave : Entrée, Sortie, Elément bidirectionnel ou 3 états. Le codage de 0 à F (Lettre X du profil) se fait conformément au tableau suivant. L’ID code permet de particulariser des esclaves possédant le même « I/O code ». Ce code ID (lettre Y du profil) est défini par une valeur de 0 à F. Certains ID code ont déjà été normalisés par le consortium AS-i. Identification code (ID)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

D0

D2

D3

IN

IN

IN

IN

IN

IN

IN

OUT IN/OUT

IN

IN

IN

IN

IN

OUT

OUT

IN

IN

IN/OUT

IN/OUT

IN

OUT

OUT

OUT

IN

IN/OUT

IN/OUT

IN/OUT

IN/OUT

IN/OUT

IN/OUT

IN/OUT

OUT

OUT

OUT

OUT

OUT

OUT

OUT

IN

OUT

OUT

OUT

IN/OUT

OUT

OUT

IN

IN

OUT

OUT

IN/OUT

IN/OUT

OUT

IN

IN

IN

OUT

IN/OUT

IN/OUT

IN/OUT

IN/OUT/NUL IN/OUT/NUL IN/OUT/NUL IN/OUT/NUL

IN OUT IN/OUT IN/OUT/NUL V R

7.7

D1

0

1

2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E

0.1 1.1

7.1 R X.0 R B.1 X.0 R D.1 X.0

X.F Inutilisé

V

: Entrée : Sortie : Entrée/Sortie : Trois états : Non utilisé : Réservé

Fonctionnement du bus

7.7.1 Le Protocole AS-i Le circuit de découplage intégré dans l’alimentation AS-i comporte des inductances « L » permettant de convertir les impulsions de courant générées par les transmetteurs AS-i, en impulsion de tension.

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

F

LIBRE

I/O Code

12/18

Les bus de terrain

TS MAI

Le codage utilisé pour la transmission du message est le codage Manchester différentiel.

Le codage Manchester réalise un OU exclusif entre l’horloge et les données. Il y a une inversion du signal systématique au milieu de la période d’horloge, ce qui garantit l’impossibilité d’avoir un signal continue. Pour transmettre un 1, il s’agira d’un front montant, et pour transmettre un 0, d’un front descendant. Le codage Manchester différentiel réalise toujours une transition au milieu de la période d’horloge, avec inversion entre 2 bits pour transmettre un 0 et absence de transition pour transmettre un 1.

Le protocole AS-i est basé sur le fonctionnement Maître/Esclave. Le maître interroge cycliquement tour à tour, chacun des esclaves. En un cycle, toutes les informations d’E/S sont mises à jour côté maître et côté esclave. Le temps de cycle est de 5 ms pour 31 esclaves. Il décroît lorsque le nombre d’esclave diminue. Le cycle de fonctionnement du maître vis à vis des esclaves peut se schématiser de la façon suivante :

c

Table des Esclaves projetés

d

Table des Esclaves reconnus

c La table des esclaves projetés (L.P.S.) Cette table contient la liste des adresses des esclaves et leur profil prévus pendant la configuration du bus. Les esclaves listés dans cette table sont dits « projetés ».

d La table des esclaves détectés (L.D.S.) Cette table contient la liste des adresses des esclaves et leur détectés (ou connectés) sur le réseau.

e

Table des Esclaves actifs

e La table des esclaves actifs (L.A.S.) Un esclave à la fois reconnu et projeté, devient actif et est mémorisé dans cette table.

7.7.2 Différentes étapes de travail du maître Initialisation : Cette initialisation a lieu après une mise sous tension.

Démarrage : La phase de démarrage consiste à détecter les esclaves présents sur le bus, à mémoriser leur adresse et leur profil dans la table des esclaves reconnus puis à activer les esclaves projetés et reconnus.

Phase cyclique des échanges : Chaque cycle est constitué de 3 étapes : Echange des données, management, introduction d’esclaves.

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

13/18

Les bus de terrain

TS MAI

La phase d’échange de données correspond au dialogue entre maître et esclave via la fonction « Data Exchange ». Lorsqu’un échange échoue, il peut être répété au cours des trois cycles suivants. Après trois essais négatifs, l’esclave est considéré comme absent ou en défaut et disparaît des tables « actifs » et « reconnus ». La phase de management est la phase pendant laquelle le maître peut envoyer une trame de commande tel que : • Ecriture de paramètre • Lecture de configuration • Assignation d’adresse • Reset,… La phase d’acquisition est la phase pendant laquelle le maître vérifie si un nouvel esclave a été introduit sur le bus. Si un nouvel esclave est détecté il faut ensuite 3 cycles pour l’activer, car trois transactions sont nécessaires : • Lecture configuration E/S • Lecture identificateur • Envoi de paramètres La prise en compte d’un nouvel esclave sera effective dans un délai maximum de 170 ms : ((31 cycles x 5 ms) + (3 x 5 ms) = 170 ms)

7.7.3 Les trames

La technique de communication entre le maître et ses esclaves est le « POLLING CYCLIQUE » Le maître émet une requête et attend une réponse pendant un certain temps. Au-delà de ce temps, si le maître n’a pas reçu de réponse valide, il considère la réponse comme négative et peut ré émettre sa requête ou envoyer la requête suivante. Après réception d’une réponse correcte, le maître aborde une nouvelle transaction après avoir respecté un temps de pause déclenché à la fin de la réponse.

Une transaction AS-i comporte les éléments suivants :

L’unité de temps est d’une durée de 6 µs et correspond à la durée d’un bit. Au mieux il faut donc 26 x 6 µs = 156 µs pour effectuer une transaction.

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

14/18

Les bus de terrain

TS MAI

Le télégramme correspond aux requêtes du maître et est constitué des informations suivantes :

Le télégramme correspondant aux réponses esclave contient les informations suivantes :

Exemple de requête : Le maître AS-i peut émettre neuf types de requêtes différentes, deux concernent le transfert de données et de paramètres, deux autres sont utilisées pour l’attribution ou la modification des adresses esclaves et enfin cinq concernent l’identification de l’esclave. La requête « DATA EXCHANGE » Cette requête est la plus utilisée, elle permet l’échange des données entre maître et esclave (valeur des états d’entrée ou de sortie des capteurs/actionneurs connectés sur le bus AS-i)

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

15/18

Les bus de terrain

TS MAI

7.7.4 Adressage des esclaves L’adressage des esclaves (1 à 31) peut se faire en adressant un à un les esclaves à partir du logiciel de mise en œuvre tel que (PL7 Pro ou Asigraph). Il est également possible d’utiliser le terminal d’adressage :

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

16/18

Les bus de terrain

7.8

TS MAI

Dernière minute

Le Bus de terrain AS-i évolue Le bus de terrain AS i, parfaitement adapté aux applications "machines", est maintenant adopté par d'autres secteurs d'applications comme les infra- structures et les automatismes du bâtiment industriel. Les évolutions de ce système de connectique pour capteurs et actionneurs de terrain sont basées sur la capacité du réseau AS-i à gérer la sécurité (norme EN 954-1 catégorie 4) et sur l'arrivée d'un nouveau composant beaucoup plus intégré 2 A S-i pour:

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

-un nombre d'esclaves porté à 62 adresses, -un diagnostic plus précis, -des positions de repli intégrées, -une gestion de modules analogiques "plug and play", -un paramétrage des modules par liaison infrarouge. Toutes ces évolutions sont totalement compatibles avec le parc existant et offrent la possibilité de mixer des produits AS-i version 1 et version 2 sur un segment AS-i version 2.

17/18

Les bus de terrain

TS MAI

1 2 3 4 5 6

Architecture d’un bus de terrain ....................................................................................................... 1 Un peu d’histoire .............................................................................................................................. 1 Bon à savoir ..................................................................................................................................... 2 La pyramide CIM .............................................................................................................................. 2 Firmament des bus........................................................................................................................... 3 Bus ou pas Bus ? ............................................................................................................................. 4 6.1 Le Bus de terrain en phase Etude ............................................................................................ 4 6.2 Le Bus de terrain en phase Réalisation .................................................................................... 4 6.3 Le Bus de terrain en phase Exploitation ................................................................................... 5 6.4 Economie totale de l’automatisme ............................................................................................ 5 6.5 Exemples de chiffrages............................................................................................................. 5 6.5.1 Exemple 1 .......................................................................................................................... 5 6.5.2 Exemple 2 .......................................................................................................................... 5 7 Le Bus AS-I (Actuator Sensor Interface).......................................................................................... 6 7.1 Historique .................................................................................................................................. 6 7.2 Constituants de base ................................................................................................................ 6 7.2.1 l’ASIC (Application Specific Integrated Circuit) ................................................................. 6 7.2.2 Le CABLE.......................................................................................................................... 7 7.3 Le maître AS-i ........................................................................................................................... 7 7.4 L’alimentation AS-i .................................................................................................................... 8 7.5 Caractéristiques du bus AS-i .................................................................................................. 10 7.5.1 AS-i est rapide................................................................................................................ 10 7.5.2 AS-i est flexible .............................................................................................................. 10 7.5.3 AS-i est complémentaire............................................................................................... 10 7.5.4 Topologie........................................................................................................................ 10 7.5.5 Caractéristiques techniques......................................................................................... 11 7.6 Composants ............................................................................................................................ 11 7.6.1 Profil d’un esclave AS-I................................................................................................. 12 7.7 Fonctionnement du bus .......................................................................................................... 12 7.7.1 Le Protocole AS-i ........................................................................................................... 12 7.7.2 Différentes étapes de travail du maître ....................................................................... 13 7.7.3 Les trames ...................................................................................................................... 14 7.7.4 Adressage des esclaves ............................................................................................... 16 7.8 Dernière minute....................................................................................................................... 17 Ouvrages de référence : Les bus de terrain AS-i Actuator Sensor Interface

Philippe HOARAU -Bus de terrain.doc

Guy Fages Collection technique – Groupe Schneider CROUZET Automatismes FESTO

18/18