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.
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Les bus de terrain
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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
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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.
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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
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Les bus de terrain
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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%
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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.
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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
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85 500, 00
85 500, 00
2 262 030, 93
2 238 648, 38
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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
…
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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)
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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
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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
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7.5
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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.
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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
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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.
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F
LIBRE
I/O
Code
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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.
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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.
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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)
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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 :
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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:
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-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.
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Les bus de terrain
TS MAI
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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
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