Réseaux de terrain et Ethernet Industriel - Eddy BAJICebajic.free.fr/Ecole Printemps Reseau Mars 2006/Supports/M. AVILA... · 1 Réseaux de terrain et Ethernet Industriel Ecole de

1

Réseaux de terrain et Ethernet Industriel

Ecole de printemps 2006 IUT GEIINANCY 15, 16 et 17 Mars 2006

Tr 2Mars 2006

Ethernet :Pourquoi faire ?

Ethernetsindustriels

Ethernet ?

Ecole de printemps 2006 IUT GEII - NANCY 15, 16 et 17 Mars 2006


MA

Plan

Ethernet ?Ethernet industriel : Pourquoi faire ?Les Ethernets Industriels:– Modbus/TCP– Profinet– Powerlink– Ethercat– SynqNet

Ethernet ?

2

Tr 3Mars 2006



Ethernet ?



MA

Internet - Ethernet

Ethernet ?

Tr 4Mars 2006



Ethernet ?



MA

Le modèle OSI

Ethernet ?

3

Tr 5Mars 2006



Ethernet ?



MA

L’encapsulation des données

Ethernet ?

Tr 6Mars 2006



Ethernet ?



MA

Ethernet natif : 10 Mbit/s

Ethernet ?

4

Tr 7Mars 2006



Ethernet ?



MA


Ethernet ?Quelques principes simples :

• Toutes les stations sont égales

• Méthode d'accès distribuée

• Bidirectionnel alterné

• Connexion/déconnection sans perturbation.

Tr 8Mars 2006



Ethernet ?



MA


Ethernet ?

10base5 : Thick Ethernet

5

Tr 9Mars 2006



Ethernet ?



MA


Ethernet ?

10base2 : Thin Ethernet

Tr 10Mars 2006



Ethernet ?



MA


Ethernet ?

10baseT : paire torsadée

6

Tr 11Mars 2006



Ethernet ?



MA

Ethernet : CSMA/CD

Ethernet ?

Tr 12Mars 2006



Ethernet ?



MA

Ethernet commuté

Ethernet ?

LAN commuté LAN partagé

7

Tr 13Mars 2006



Ethernet ?



MA

Ethernet ?

Segment ETHERNET

Ethernet commuté ?

Tr 14Mars 2006



Ethernet ?



MA

Ethernet ?

Exemple: Requête ARP

Ethernet commuté ?

8

Tr 15Mars 2006



Ethernet ?



MA

Ethernet ?

Modèle ferroviaire : segment

Ethernet commuté ?

Tr 16Mars 2006



Ethernet ?



MA

Ethernet ?

Le routeur

Ethernet commuté ?

9

Tr 17Mars 2006



Ethernet ?



MA

Ethernet ?

2 segments et routeur :

Ethernet commuté ?

Tr 18Mars 2006



Ethernet ?



MA

Ethernet ?

Le switch

Ethernet commuté ?

10

Tr 19Mars 2006



Ethernet ?



MA

Ethernet ?

Modèle ferroviaire : Le switch

Ethernet commuté ?

Tr 20Mars 2006



Ethernet ?



MA

Ethernet ?

Ethernet commuté ?

CSMA/CD

Liaisons point à point bidirectionnelles

11

Tr 21Mars 2006



Ethernet ?



MA

Ethernet ?

Ethernet commuté ?

Switch « basique »

Switch « évolué »

Tr 22Mars 2006



Ethernet ?



MA

Ethernet : Pourquoi faire ?


Trois rôles différents:– Supervision– Entrées / sorties– Commande d’axes

12

Tr 23Mars 2006



Ethernet ?



MA



Trois rôles différents:

Tr 24Mars 2006



Ethernet ?



MA

Supervision:– Surveiller– Contrôler– Commander



13

Tr 25Mars 2006



Ethernet ?



MA

Supervision:



Tr 26Mars 2006



Ethernet ?



MA

Entrées/Sorties déportées:– Intelligence répartie– Bus de terrain– Ethernet industriel



14

Tr 27Mars 2006



Ethernet ?



MA

Entrées/Sorties déportées:



Tr 28Mars 2006



Ethernet ?



MA

Commande d’axes :– Asservissement numérique

(échantillonnage à intervalle précis)

– Temps de réponse < 1ms– Limite Ethernet « classique »– Alternatives : Firewire, FSSB, …



15

Tr 29Mars 2006



Ethernet ?



MA

Les Ethernets Industriels


Les Ethernets Industriels:– Modbus/TCP

– Profinet

– Powerlink

– Ethercat

– SynqNet

Tr 30Mars 2006



Ethernet ?



MA

Modbus/TCP


Proposé par MODICON SCHNEIDER

Portage de modbus sur TCP/IP

Organisation MODBUS IDA:– http://www.modbus.org/

« étant donné les prévisions faites par ARC concernant l’évolutionmondiale du marché d’Ethernet Industriel au cours des cinq prochaines années. Selon l’analyste américain, ce marché devraitcroître de 51.4 % par an durant cette période, passant de 840 000 unités en 2004, à plus de 6.7 millions d’unité d’ici à 2009 ! »

MODBUS/TCP

16

Tr 31Mars 2006



Ethernet ?



MA

Modbus/TCP


MODBUS/TCP

Tr 32Mars 2006



Ethernet ?



MA

Modbus/TCP


ADU : Application Data UnitPDU : Protocol Data Unit

MODBUS/TCP

17

Tr 33Mars 2006



Ethernet ?



MA

Modbus/TCP


MODBUS/TCP

Tr 34Mars 2006



Ethernet ?



MA

Modbus/TCP


MODBUS/TCP

18

Tr 35Mars 2006



Ethernet ?



MA

Modbus/TCP


MODBUS/TCP

Tr 36Mars 2006



Ethernet ?



MA

PROFINET


PROFINET

Standard développé par SIEMENS

Association PROFIBUShttp://www.profibus.com/

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Tr 37Mars 2006



Ethernet ?



MA

PROFINET


PROFINET avec COM/DCOMsupervision, téléconfiguration, …

PROFINET RTTemps réel pour les entrées/sorties

PROFINET IRTcommande d’axe

DCOM: Distributed Component Object Model

PROFINET

Tr 38Mars 2006



Ethernet ?



MA

PROFINET avec COM/DCOM


PROFINET

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Tr 39Mars 2006



Ethernet ?



MA

PROFINET avec COM/DCOM


Intelligence répartie / Supervision

Télé-configuration

Temps de cycle : 100 ms

Ethernet standard

PROXY vers autres bus terrain PROFINET

Tr 40Mars 2006



Ethernet ?



MA

PROFINET RT


Appelé aussi PROFINET IO

Temps de cycle : 1 à 10 ms

carte ethernet standard

Trame RT et DCOM PROFINET

21

Tr 41Mars 2006



Ethernet ?



MA

PROFINET


PROFINET

Trame temps réel de PROFINET

Tr 42Mars 2006



Ethernet ?



MA

PROFINET RT


PROFINET

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Tr 43Mars 2006



Ethernet ?



MA

PROFINET IRT


PROFINET

Temps de cycle : < 1 ms

Composant Ethernet dédié:ASIC Ethernet ERTEC 200 et ERTEC 400

Trame IRT, RT et DCOM

Tr 44Mars 2006



Ethernet ?



MA

PROFINET IRT


PROFINET

23

Tr 45Mars 2006



Ethernet ?



MA

PROFINET IRT


PROFINET

Division temporelle de la ligne

Tr 46Mars 2006



Ethernet ?



MA

PROFINET


PROFINET

24

Tr 47Mars 2006



Ethernet ?



MA

PROFINET IRT


PROFINET

Tr 48Mars 2006



Ethernet ?



MA

PROFINET IRT


PROFINET

Exemple : Etuve de peinture Volkswagen

25

Tr 49Mars 2006



Ethernet ?



MA

PROFINET IRT


PROFINET

Tr 50Mars 2006



Ethernet ?



MA

POWERLINK


POWERLINK

Proposé par Bernecker & Reiner ETHERNET Powerlink Standardization Group

« EPSG » crée en 2003

– http://www.ethernet-powerlink.org/

« … ETHERNET Powerlink is currently the only available Real-Time industrial Ethernet system on the market »

26

Tr 51Mars 2006



Ethernet ?



MA

POWERLINK


POWERLINK

Ethernet standard

Temps de cycle à partir de 100 µsSCNM = Slot Communication

Network Management

Tr 52Mars 2006



Ethernet ?



MA

POWERLINK


POWERLINK

27

Tr 53Mars 2006



Ethernet ?



MA

POWERLINK


POWERLINK

Accès séquentiel

Tr 54Mars 2006



Ethernet ?



MA

POWERLINK


POWERLINK

Accès séquentiel basic

28

Tr 55Mars 2006



Ethernet ?



MA

POWERLINK


POWERLINK

Accès séquentiel mutiplexé

Tr 56Mars 2006



Ethernet ?



MA

POWERLINK


POWERLINK

•Exemple extrait de :http://www.automation.com/pdf_articles/P1Paper4-Sandhoefner.pdf

29

Tr 57Mars 2006



Ethernet ?



MA

POWERLINK


POWERLINK

Tr 58Mars 2006



Ethernet ?



MA

POWERLINK


POWERLINK

30

Tr 59Mars 2006



Ethernet ?



MA

ETHERCAT


ETHERCAT

Ethernet for Control Automation Technology

http://www.ethercat.org/

• Développé par Beckhoff

Tr 60Mars 2006



Ethernet ?



MA

ETHERCAT


ETHERCAT

Comparaison : Utilisation de la bande passante

Trame Ethernet :Au moins 84 octets

31

Tr 61Mars 2006



Ethernet ?



MA

ETHERCAT


ETHERCAT

Tr 62Mars 2006



Ethernet ?



MA

ETHERCAT


ETHERCAT

32

Tr 63Mars 2006



Ethernet ?



MA

ETHERCAT


ETHERCAT

•Topologie :busArbreEtoile

Tr 64Mars 2006



Ethernet ?



MA

ETHERCAT


ETHERCAT

Performances

150 µs1 Fieldbus Master-Gateway (1486 Bytes Input and 1486 Bytes Output Data)

100 µs100 Servo Axis, with 8 Bytes input and output data each

50µs <--> 20 kHz200 analog I/O (16 bits )

30 µs1000 distributed digital I/O

11 µs = 0,01 ms256 distributed digital I/O

Temps de cycle

Données

33

Tr 65Mars 2006



Ethernet ?



MA

ETHERCAT


ETHERCAT

Tr 66Mars 2006



Ethernet ?



MA

ETHERCAT


ETHERCAT

34

Tr 67Mars 2006



Ethernet ?



MA

ETHERCAT


ETHERCAT

Tr 68Mars 2006



Ethernet ?



MA

SYNQNET


SYNQNET

http://www.synqnet.org/

Développé pour le « motion control »

35

Tr 69Mars 2006



Ethernet ?



MA

SYNQNET


SYNQNET

Comparaison

Tr 70Mars 2006



Ethernet ?



MA

SYNQNET


SYNQNET

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Tr 71Mars 2006



Ethernet ?



MA

Autres Ethernets industriels


AUTRES

• JetSync• SERCOS III• PowerDNA• EtherNet

Tr 72Mars 2006



Ethernet ?



MA

CONCLUSION ?

• Standard Ethernet• Standards Ethernets Industriels

• Mise en œuvre simple de Modbus/TCP

• Ethercat

37

Tr 73Mars 2006



Ethernet ?



MA

Sources

« Ethernet en tant que réseau de terrain : standard PROFINET », Techniques de l’Ingénieur, Bruno BOUARD, S 8 162« ETHERNET SE RAPPROCHE DES BUS DE TERRAIN », Mesures 772, février 2005« MODBUS MESSAGING ON TCP/IP IMPLEMENTATION GUIDE V1.0a », http://www.Modbus-IDA.org« Du concentrateur au routing switch », Christophe Savoy, http://sic.epfl.ch/SA/publications/FI98/fi-6-98/6-98-page4.html« Powerlink : le cycle du temps… réel! », Mesures 752, février 2003« Automotive cut to lenght application », http://www.automation.com/pdf_articles/P1Paper4-Sandhoefner.pdf« EtherCat : l’Ethernet de terrain », J’automatise N° 40, Mai-juin 2005« Technical Introduction and Overview », http://www.ethercat.org/pdf/english/EtherCAT_Introduction_en.pdfhttp://www.ethercat.org/pdf/english/ETG_EtherCAT_Introduction.pdf« Ethernet Industriel, le nouveau champ de bataille », Jautomatise N° 42 - Septembre-Octobre 2005

1

Entrées/Sorties sur Ethernet


Tr 2Mars 2006



MA

PROJETS GEII2 ou LP ARI

Transferts de TechnologieAmélioration de la productivitéCaractérisation des paramètres

Supervision PANORAMAPhoenix Contact

2

Tr 3Mars 2006



MA

Projet FLOCKAGE

TAMISAGE– Caractérisation des arrêts– Archivage– Collecte automatique de l’état

des tamis

Tr 4Mars 2006



MA

Projet Parqueterie Berrichonne

Ligne à Parquets– Caractérisation des arrêts– Archivage– Collecte automatique de l’état

des éléments de la machine

3

Tr 5Mars 2006



MA

Projet Bol Vibrant

Démonstration sur site IUT– Illustration des arrêts– Archivage

Tr 6Mars 2006



MA

SOLUTIONS PROPOSEES

4

Tr 7Mars 2006



MA

Phoenix Contact

Tr 8Mars 2006



MA

Phoenix Contact

Tête de station Ethernet:– Entrées TOR– Sorties TOR– Entrées Analogiques– Sorties Analogiques– Entrées codeurs– …

5

Tr 9Mars 2006



MA

Supervision

Module(s) Ethernet(s)Serveur OPCProtocole MODBUS/TCPIHM développé avec Panorama

Tr 10Mars 2006



MA

DEMONSTRATION

6

Tr 11Mars 2006



MA

CONCLUSION

Transferts de Technologie réussisSolutions simples de mise en œuvreSolutions Ouvertes

Modbus/TCP sur Zworld 2007?

1

WEB EMBARQUE


Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Mini PROJET

PC

Ethernet

Température

Pression

Navigateur

2

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Mini PROJET en LP ARI

Informatique Industrielle5 Séances encadrées5 Séances en autonomie

Station météo sur site webTechnologie ZWORLD

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Calculateurs Zworld

RCM 2200

OP 7200

3

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Calculateurs Zworld

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Premières séances

Prise en main du matérielPrise en main de Dynamic C

Adaptation d’exemples- Entrées sorties TOR- Entrées analogiques- Afficheur LCD, …

4

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Station météo

Capteur températureCapteur de pression

Affichage sur LCDServeur Web

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Programmation en C

Paramètres du serveur web// adresse IP et masque de sous reseau#define MY_IP_ADDRESS "192.168.156.8"#define MY_NETMASK "255.255.255.0"// configuration des paramètres reseau// Un seul serveur = une seule connexion#define HTTP_MAXSERVERS 1#define MAX_TCP_SOCKET_BUFFERS 1// Redirection pour les script CGI#define REDIRECTHOST MY_IP_ADDRESS#define REDIRECTTO "http:index.shtml"

5

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Programmation en C

Contenu des pages web#ximport "/html/page.shtml" index_html#ximport "/html/Titre.html" Titre_html#ximport "/html/corps.htm" corps_htm#ximport "/html/fin.htm" fin_htm#ximport "/image/nuage.gif" nuage_gif#ximport "/image/soleil.gif" soleil_gif#ximport "/image/nuage_soleil.gif" nuage_soleil_gif#ximport "/image/orage.gif" orage_gif#ximport "/image/pluie.gif" pluie_gif#ximport "/image/logo.gif" logo_gif#ximport "/image/logo2.gif" logo2_gif

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Programmation en C

Définition des types de fichiers

const HttpType http_types[] ={

{ ".shtml", "text/html", shtml_handler}, // ssi{ ".html", "text/html", NULL}, // html{ ".cgi", "", NULL}, // cgi{ ".gif", "image/gif", NULL}

};

6

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Programmation en C

Structure des pagesconst HttpSpec http_flashspec[] = {…

{ HTTPSPEC_FILE, "/Titre.html", Titre_html, NULL, 0, NULL, NULL},type ,Fichier sur serveur ,Data ,Adresse ,VarType ,Format ,Realm ,

…{ HTTPSPEC_VARIABLE, "Figure", 0, Figure, PTR16, "%s", NULL},

};

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Programmation en C

Structure des pagesconst HttpSpec http_flashspec[] = {

{ HTTPSPEC_FILE, "/", index_html, NULL, 0, NULL, NULL},{ HTTPSPEC_FILE, "/index.shtml", index_html, NULL, 0, NULL, NULL},{ HTTPSPEC_FILE, "/Titre.html", Titre_html, NULL, 0, NULL, NULL},{ HTTPSPEC_FILE, "/corps.htm", corps_htm, NULL, 0, NULL, NULL},{ HTTPSPEC_FILE, "/fin.htm", fin_htm, NULL, 0, NULL, NULL},{ HTTPSPEC_FILE, "/image/nuage.gif", nuage_gif, NULL, 0, NULL, NULL},{ HTTPSPEC_FILE, "/image/soleil.gif", soleil_gif, NULL, 0, NULL, NULL},{ HTTPSPEC_FILE, "/image/orage.gif", orage_gif, NULL, 0, NULL, NULL},{ HTTPSPEC_FILE, "/image/pluie.gif", pluie_gif, NULL, 0, NULL, NULL},…{ HTTPSPEC_VARIABLE, "Figure", 0, Figure, PTR16, "%s", NULL},{ HTTPSPEC_VARIABLE, "temperature",0,&temperature, FLOAT32, "%.2f", NULL},{ HTTPSPEC_VARIABLE, "pression", 0, &pression, FLOAT32, "%.2f", NULL},

};

7

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Programmation en C

Programme principal

void main( ){

// initialisation de la cartebrdInit();glInit();glBackLight(1);

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Programmation en C

Programme principal (suite)// initialisation du serveur Web sur TCP/IPsock_init();http_init();tcp_reserveport(80);

//--------------------------------------------------// initialisation des Fontes pour affichage LCDglXFontInit(&fi10x16, 10, 16, 32, 127, Font10x16); glXFontInit(&fi12x16, 12, 16, 32, 127, Font12x16);

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Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Programmation en C

Programme principal (suite)

while ( 1 ) // boucle infinie{if (( MS_TIMER-dernier_chrono ) >PERIODE_MESURES )

{dernier_chrono = MS_TIMER;// Lecture des capteursLectureCapteurs ( );}

http_handler(); // daemon du serveur web}

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Programmation en C

Fonction LectureCapteursvoid LectureCapteurs (){val1 = anaIn(0,SE_MODE,2); val2 = anaIn(1,SE_MODE,6); //Calcul de la températuretemperature = (val2*(1.25/2048)-0.174)/0.00625 - 40; pression = val1 * 30 / 2048 + 990;

glPrintf(10,200,&fi12x16,"Temperature = %.2f C ", temperature ); glPrintf(10,220,&fi12x16,"Pression = %.2f hPa ", pression );

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Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Programmation en C

Fonction LectureCapteurs (suite)

if ( pression > 1015 ) {glXPutBitmap(1,1,217,191, soleil_bmp1); strcpy(Figure,"soleil.gif"); }

else if ( pression > 1005 ){glXPutBitmap(1,1,217,191, variable_bmp);strcpy(Figure,"nuage_soleil.gif");} …

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

Programmation en C

Variables dans HTML

<td width="34%"> <font color="#000000" size="3">  C </font>

<div align="center"></div> </td>

<img src="/images/" width="110" height="110">

10

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

BILAN avec étudiants

Bonne motivationRésultats corrects

Lenteur du serveur web

Mars 2006


WEB EMBARQUE

MA

CONCLUSION

Etude et Réalisation en GEII2

Approfondissement en LP ARI– MODBUS/TCP

Documents

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