Formation automatisme

Modbus est un protocole de communication introduit par Modicon en 1979 .Il est généralement utilisé avec les automates (les contrôleurs logiques programmables).Le protocole Modbus se décline sous 3 variations : le Modbus RTU,le modbus ASCII  et le Modbus TCP(ethernet). Il est maintenant devenu une norme  dans le domaine de l'automatisme et de la communication industrielle, et est le moyen le plus couramment utilisé pour faire communiquer des équipements industriels.

Les principales raisons de l'utilisation abusive de Modbus par rapport à d'autres protocoles de communication sont:

      - Il est le protocole open source et libre
      - Il est simple à comprendre, facile à mettre en œuvre
 

Le mode RTU : (RS232, RS422,RS485)

Il fonctionne suivant le modèle Maître/Esclave. Seul le maître est actif, les esclaves sont complètement passifs.C'est le maître qui doit lire et écrire dans chaque esclave.Il est constitué de trames contenant le numéro de l'esclave concerné, la fonction à traiter (écriture, lecture), la donnée et le code de vérification d'erreur appelé contrôle de redondance cyclique sur 16 bits ou CRC16.

Le mode TCP : (ethernet)

Il fonctionne suivant le modèle Client / Serveur. Les clients sont tous actifs, le serveur est complètement passif.Chaque client lit et écrit dans le serveur.Il est constitué de trames contenant la fonction à traiter (écriture, lecture) et la donnée.L'adresse du serveur concerné est son adresse IP.Le code de vérification d'erreur est inutile en mode TCP, ce mode de transmission comporte déjà un CRC32 géré par la carte réseau.

Les trames en modbus série sont de 2 types :

• mode RTU (Remote Terminal Unit) : les données sont sur 8 bits
• mode ASCII : les données sont sur 7 bits (les trames sont donc visibles en hexadécimal et il faut deux caractères pour représenter un octet) (moins utilisé)

Spécifications du protocole Modbus

Dans la vidéo qui va suivre,nous allons mettre en oeuvre un  exemple de supervision Web.L'avantage de la supervision web est qu'elle peut être architecturée Client/Serveur.Cela permet ainsi de disposer des données sur un serveur centralisé qui va gérer toutes les opérations de traitement (enregistrement de données,sauvegarde etc..).

Ce serveur va mettre ainsi à la disposition du client qui peut être un navigateur Web(internet explorer ou Firefox),les données nécessaires pour concevoir une interface graphique.Cette solution permet d'avoir une supervision multi-plateforme sur PC standard,Smartphone ou tablette tactile.La supervision Web peut être utilisé dans le cadre de la télémaintenance et du contrôle commande à distance de systèmes automatisés.

Pourquoi les automates dominent les PC industriels dans le monde industriel?

Les automates ont été initialement conçus comme des contrôleurs, solides et rapides pour les applications logiques discrets.Les avantages par rapport aux PC industriels ou IPC sont nombreux:

       - Une grande partie des personnels de maintenance sont habitués aux consoles de programmation via ladder, plutôt que des logiciels PC différents
       - Une meilleure résistance face aux de pannes de courant
       - Avantages de coûts
       - Une plus grande fiabilité qui minimise les frais d'arrêt, le dépannage, la réparation etc..
       -  Emballage industriel durci
       - Disponibilité à long terme et peuvant tenir longtemps avant de devenir obsolètes

Les secteurs utilisant l'automatisme à forte échelle sont:
        -  L'Automobile, l'industrie du Bâtiment, ciment et verre, chimique,Oil & Gas,pharmaceutique,papéterie
        - L'industrie électriques, électroniques,l'agroalimentaire,les mines,raffinage,eau et déchets etc...

Les fournisseurs d'automates envahissent les marchés de contrôle de processus avec des systèmes qui effectuent aussi bien les traitement par recette ou batch  que les fonctions discretes traditionnelles.

1) Pouvez-vous nous présenter brièvement General Electric intelligent Platform ?

General Electric,fondée en 1892 est née de la fusion d'une partie de Thomson-Houston Electric Company et d'Edison Company,General Electric oeuvre dans les domaines de l'énergie,du transport,du médical et des automatismes industriels.

La division Intelligent Platform de General Electric présente en Amérique,Europe,Afrique et Asie offre des solutions dans les domaines de l'automation,du manufacturing et des analyses de données industrielles.

2) Quelles sont les principales solutions matérielles et logicielles fournies par GE pour répondre aux besoins en termes d’automatisation industrielle ?

General Electric produit des matériels d'automatisation industriel comme des automates programmables,des SBC(simble board computer) pour les domaines aéronautiques,automobiles etc..Avec la gamme Proficy, General Electric offre des solutions logicielles dans les domaines des SCADA,MES,Workfow.Nous couvrons des domaines comme le Oil & Gas, l'agroalimentaire,le traitement des eaux usées, l'automobile,les emballages,les mines etc..

Le PROFINET IO est un standard Ethernet industriel ouvert et destiné au monde de l'automatisation.Contrairement au PROFINET CBA (Component Based Automation) qui est destiné aux systèmes distribués,le PROFINET IO se concentre sur l'échange de données entre automates programmables.Le PROFINET CBA fournit un système basé sur DCOM pour l'organisation des systèmes d'automatisation dans les réseaux de dispositifs analogues qui peuvent automatiquement échanger des données à l'aide de relations prédéfinies entre les interfaces des composants d'automatisation.

PROFINET IO est très similaire au Profibus.Alors que Profibus utilise les communications cycliques pour échanger des données avec des automates programmables à une vitesse maximale de transmission 12Meg ,le PROFINET IO utilise le transfert de données cyclique pour échanger des données avec des automates programmables sur Ethernet.Comme avec Profibus, un contrôleur programmable et un dispositif doivent tous deux avoir une compréhension préalable de la structure de données et connaitre le sens du transfert.

PROFINET IO utilise trois canaux de communication différents pour échanger des données avec les contrôleurs programmables et autres dispositifs. Le canal standard TCP / IP est utilisé pour le paramétrage, la configuration et les opérations de lecture / écriture acycliques. Le canal RT ou en temps réel est utilisé pour le transfert de données cyclique standard et alarmes. La communications RT contourne l'interface TCP / IP standard pour accélérer l'échange de données avec des automates programmables. Le troisième canal, Temps réel isochrone (IRT) est le canal à très grande vitesse utilisée pour les applications de commande de mouvement(Motion Control). IRT est mis en œuvre en utilisant un ASIC personnalisé.

Cet article présente un aperçu du PROFINET CBA(component based automation), un réseau de haut niveau pour les applications d'automatisation industrielle. Reposant sur des technologies DCOM et RPC standard, PROFINET CBA utilise du matériel Ethernet traditionnelle pour définir  les structures réseau et permettre l'accès et le contrôle des dispositifs d'automatisation industriels. PROFINET CBA est basé sur le DCOM (Distributed Component Object Model) qui, si vous êtes familier avec l'histoire des communications Microsoft est un descendant de DDE, OLE et Active X.

PROFINET CBA est considère comme un système composé de "composants technologiques." Ces composants agissent de manière indépendante et coordonnent leurs activités pour former un système intégré. DCOM est un bon choix pour un tel système.C'est un mécanisme orienté objet qui structure la façon dont un client (demandeur de données) peut localiser, les données de demande et  les transfert à partir d'un serveur (source de données). Basé sur modèle DCOM PROFINET CBA vise à fournir un système permettant de collecter des données à partir du niveau capteur-actionneur vers les automates et les réseaux d'entreprise.

PROFINET CBA est beaucoup plus que Profibus sur Ethernet. En fait, le nom prête un peu à confusion. En effet,PROFINET CBA a ou rien ou peu de chose en commun avec Profibus. Profibus est un mécanisme orienté données permettant le transfert des E / S de périphérique à périphérique sur un câble à une vitesse maximale de 12Meg bauds. L'échange de données Profibus est principalement cyclique avec des appareils ayant une compréhension préalable de la structure de données. Avec le PROFINET CBA les données peuvent être localisées, des informations sur sa structure peut être obtenu et les données peuvent être échangées sur des déclencheurs(triggers) d'événements. PROFINET CBA fonctionne sur Ethernet à des vitesses de 10 à 100 de Mbauds.

Il existe de nombreux concurrents de PROFINET CBA y compris Modbus TCP / IP du Groupe Schneider, de l'EtherNet / IP de l'Open DeviceNet Vendor Association (ODVA), HSE Fieldbus de la fondation Fielbus(FF) et d'autres réseaux d'autres fournisseurs. PROFINET CBA se distingue de ses concurrents par l'intégration profonde de fonctionnalités relevant des systèmes d'information IT.Quand ses concurrents sont des prototocoles industriels à part entière , le PROFINET CBA est "tout IT" et permet la communication fluide avec un réseau d'entreprise.

Pour établir une communication Profinet CBA,on doit être à l'aise avec les technologies RPC de Microsoft, COM, DCOM et C ++. Une vaste expérience dans les RTOS  est requis ainsi qu'une bonne compréhension du fonctionnement du stack TCP / IP.Le logiciel PROFINET CBA Runtime Core peut être téléchargé gratuitement (adhésion obligatoire) auprès de Profibus International comme un fichier zip.

 

Lors de la conception d'un système automatisé,on a souvent besoin de concevoir un partie contrôle commande ou supervsion,permettant de surveiller et de contrôler le système.Nous avons plusieurs types  de logiciel de Scada : les logiciels gratuits ou open source et les logiciels payants.

Afin de concevoir un système automatisé ou une machine spéciale,on a besoin d'établir l'analyse fonctionnelle ou l'analyse des besoins.Cela permet de déterminer toutes les fonctions à intégrer dans le système.Lors de l'analyse fonctionnelle,différents paramètres rentrent en jeux tels que le cout,la qualité et le délai.Il faut recenser,hiérarchiser et pondérée les différentes fonctions.On distingue 3 types de fonctions les fonctions principales(fonction pour lesquelles le système a été crée) ,les fonctions secondaires(fonctions amélioratives) et les fonctions de contrainte(fonction qui limitent dans les choix).

L‘AS-Interface (AS-i) – ou plus précisément l‘Actuator-Sensor Interface – est un système de mise en réseau simple et efficace pour le niveau de terrain. Système de bus ouvert et non propriétaire, il assure la transmission des signaux tout-ou-rien et analogiques au niveau des machines et joue également le rôle d’interface universelle entre le niveau de commande et les capteurs et actionneurs binaires simples.

Le CP 443-1 standard sert au raccordement des automates SIMATIC S7-400 sur le réseau Industrial Ethernet. Outre la communication avec d'autres stations Ethernet, le CP assure aussi la fonction d'un contrôleur PROFINET IO.

Services standard pour la production
Le CP 443-1 standard offre une communication performante avec les automates S5 et S7, les serveurs OPC et la console de programmation. La possibilité de programmation de la communication via TCP/IP autorise l'intégration des systèmes les plus variés.

Pour la liaison entre l'ancien et le nouveau monde
En tant que contrôleur PROFINET, le CP se charge aussi sur la machine de la gestion de modules d'entrées/sorties décentralisés.

Sécurité accrue
Le CP 443-1 affiche une robustesse élevée vis-à-vis des attaques venant du réseau. Les mises à jour de sécurité permanentes sont superflues. Une liste d'accès IP protège contre l'accès par des ordinateurs non autorisés.

Maintenance
Le module peut être remplacé simplement et rapidement sans outil de configuration, car les données des paramètres de communication sont stockées sur la CPU.

Diagnostic sur le Web
Grâce à la fonction de diagnostic sur le Web, le CP vous permet de consulter, depuis un PC ou une console PG, le paramétrage d'une station raccordée ainsi que les états des connexions réseau et des partenaires de communication d'un client HTTP. De plus, vous pouvez interroger le contenu du tampon de diagnostic des modules appartenant au même châssis que le CP. La fonction de diagnostic sur le Web n'autorise qu'un accès en lecture aux données des stations raccordées.

La gamme d'automate S7-300 dispose de plusieurs processeurs de communication parmi laquelle on a :

- CP 343-1 Lean: pour la connexion des petites applications à Industrial Ethernet

 - CP 343-1: la variante standard éprouvée, robuste et sûre

 - CP 343-1 Advanced: de PROFINET à la communication IT

 - CP 343-1 ERPC: relie les automates SIMATIC S7-300 à des systèmes ERP/MES

Les processeurs  de communication sont disponibles en variante économique, standard ou avancée pour SIMATIC S7-300, l'automate modulaire dédié à des solutions système innovantes dans l'industrie manufacturière. La connexion des automates via ces CP permet leur intégration directe dans des réseaux Industrial Ethernet. Les processeurs de communication sont multiprotocoles et supportent les protocoles suivants:

• Communication PG/OP
• Communication S7
• Communication ouverte (SEND/RECEIVE)
• Communication PROFINET
• Communication IT

CP 343-1 Lean: pour la connexion des petites applications à Industrial Ethernet

La connexion économique pour consoles de programmation et interfaces homme-machine ainsi que pour la communication entre automates S7.

CP 343-1: la variante standard éprouvée, robuste et sûre

Le processeur de communication performant, sûr et robuste qui relie le S7-300 via Industrial Ethernet et peut également faire office de contrôleur IO PN pour le raccordement de PROFINET.

Au sein de la famille des contrôleurs, le SIMATIC S7-400 est une plateforme d'automatisation conçue pour l'industrie manufacturière et le génie des procédés. La connexion d'automates SIMATIC S7-400 via des processeurs de communication permet leur intégration directe dans Industrial Ethernet. Les processeurs de communication sont multiprotocoles et supportent les protocoles suivants :
- Communication PG/OP
- Communication S7
- Communication ouverte (SEND/RECEIVE)
- Communication PROFINET
- Communication IT

CP 443-1 : des performances convaincantes
La connexion économique pour consoles de programmation et interfaces homme-machine ainsi que pour la communication entre automates S7.

CP 443-1Advanced : la variante vitaminée avec Gigabit Uplink et commutateur 4 ports embarqué
En plus des fonctions éprouvées du CP 443-1, le CP 443-1 Advanced offre, avec ses fonctionnalités IT comme le courrier électronique, le diagnostic sur base http et la possibilité de création de pages web personnalisées, l'assistance idéale pour la maintenance et l'assurance-qualité. Les fonctions Internet telles que FTP Client ou JAVA autorisent même une liaison directe avec le niveau ERP sans passerelles supplémentaires. Avec deux interfaces séparées, le CP convient à la séparation de réseaux entre le niveau contrôle et le niveau terrain, par ex. à des fins de découplage des charges. Le commutateur à 4 ports de la deuxième interface convient parfaitement pour la réalisation de petits réseaux par ex. pour la connexion de périphériques PROFINET IO. Ce CP forme donc pour le S7-400 via PROFINET un pont entre le niveau de terrain et le niveau de gestion de l'entreprise.

Les switches industriels Scalance de Siemens sont utilisé dans le domaine de la communication industrielle.Ils sont répartis en plusieurs variantes:

Variante S  comme sécurité : les modules de sécurité SCALANCE S constituent l’élément central du concept de sécurité innovant de Siemens,qui assure la protection des réseaux et des données industriels.

Variante W  comme Wireless : chez Siemens, la communication sans fil fait partie intégrante de Totally Integrated Automation. Sur la base d’un réseau industrielsans filI WLAN SCALANCE W permet une communication homogène, jusque dans des secteurs difficilement accessibles voire inaccessibles jusqu’ici. Avec la garantie de fiabilité, robustesse et sûreté.

Variante X comme extensibilité : structure de réseau, vitesse de transmission, nombre de ports... Les exigences peuvent évoluer rapidement. Avec la nouvelle génération de commutateurs Industrial Ethernet de SIMATIC NET, vos réseaux sont évolutifs.SCALANCE Xvous offre une gamme de commutateurs adaptés aux tâches les plus diverses, au sein de Totally Integrated Automation.

Les alimentations SITOP se montent sur rails DIN. Le primaire s’adapte sur tous les réseaux électriques en monophasé, biphasé ou triphasé. Des LED signalent l’état de l’alimentation. La tension du secondaire est réglable. Chaque alimentation est auto protégée contre les courts-circuits et les surcharges.

La gamme des alimentations SITOP propose un choix de 0,5 à 40A pour chaque application. Des extensions sont disponibles pour la signalisation,la communication, le soutien de la tension au secondaire, la protection avec sélectivité, la non interruption du 24V et la redondance.

Les produits de la gamme Sitop :

- SITOP 24V

- SITOP SMART

- SITOP Modular

- SITOP SANS INTERRUPTION

- SITOP PSA

- Logo Power

La gamme des alimentations SITOP SMART propose un choix de 2,5A, 5A et 10A pour chaque application. Des extensions sont disponibles, comme la protection avec sélectivité et la non interruption du 24V.

Caractéristiques Sitop Smart

Siemens dispose d'une gamme finement échelonnée d’interfaces homme-machine pour la conduite et la supervision.La gamme Text Panels en version afficheurs de texte (TD) servant exclusivement à l’affichage de messages ou en version pupitres opérateurs (OP) pour la commande par clavier à membrane.La gamme Panels Série 70/77/170/177/270/277 avec écran graphique pour une représentation proche de la réalité des cycles à superviser (en couleur également), en version pupitres tactiles (TP) avec dalle tactile ou en version pupitres opérateurs (OP) avec clavier à membrane.

Les panel Siemens sont programmé sur TIA Wincc Flexible qui permet via le module Sm@rtService d'assurer la maintenance à distance via internet.Les sauvegardes peuvent se faire via MPI,Profibus,RS232 ou carte mémoire.Les pilotes et Firmware sont faciliement téléchargeables.Une bibliothèque graphique permet l'utilisation d'objet graphique prédéfinis.Aussi,il est possible de configurer 32 langues sur ces panels.

Caractéristiques techniques du Panel Série 177

- Ecran STN de 5,7”, rétroéclairé par CCFL1), Blue mode (4 niveaux) ou couleur (16 couleurs)

- Dalle tactile analogique/résistive

- Clavier système numérique pour entrées décimales,binaires et hexadécimales

- Clavier alphanumérique sur écran (avec police anglaise)

- Forme compacte de faible profondeur

- Boîtier plastique robuste

- Insensibilité de la face avant aux huiles, graisses et détergents normaux

- Capot de protection optionnel, pour obtenir le degré de protection NEMA4 et assurer une protection supplémentaire contre l’encrassement et contre les rayures

- Bornier enfichable pour raccordement de l’alimentation 24 V cc

- RS 485/422 pour couplage au process out téléchargement de la configuration (jusqu’à 12 Mbits/s)

- Interface RS 232 pour couplages au process et téléchargement de configuration

- Interface série pour imprimante RS 232

- Port Ethernet en version Couleur

- Logement pour une carte MMC

- Cold Cathode Fluorescence Lamps

Dans l'article d'aujourd'hui,nous allons parler des E/S décentralisées.Si vous travaillez sur des automates Siemens,vous en avez probablement entendu parler.Pour faire simple,un module d'entrées/sorties décentralisées est un module autonome qui comporte des entrées/sorties et qui permet d'étendre le nombre d'entrées/sorties d'un automate.En faisant cela,l'automate principal pourra commander les E/S du module décentralisé à distance.

Nous allons prendre un exemple afin que cela soit plus clair pour vous :

Supposons que l’on ait une chaine de production de jus constituée de deux unités : remplissage et mixage et commandée par un seul automate programmable (voir image ci-dessous). Dans cet exemple,le fait que l’automate programmable soit très distant de l’unité de mixage va engendrer l’utilisation de câbles plus longs ainsi,le coût du câblage sera donc plus cher.

Une solution pour palier à ce problème est d’utiliser une périphérique d’ E/S décentralisées que l’on placera à proximité de l’unité de mixage. En faisant cela,on utilisera moins de câble et les opérations de maintenance seront plus faciles à effectuer.Ici la communication entre l'automate principal de pilotage et le module d' E/S décentralisées s'effectue via le protocole Profibus DP.L'automate sera le maître et le module d'E/S décentralisé l'esclave.

Exemple de module d'E/S décentralisée : cas du ET200S

L’ET 200S est une station de périphérie décentralisée disposant d'une indice de protection IP20 et étant d’une modularité extrême. L'automaticien pourra ainsi concevoir sa station en fonction de ses besoins réels et peut y intégrer tous types de technologies et équipements (E/S TOR et analogiques,départs moteurs,variateurs de vitesse,modules de comptage rapide,module de positionnements etc...).La sécurité machine ou process peut faire partie intégrante du système soit de façon conventionnelle (pré-câblée) soit par le réseau avec PROFIsafe.

Caractéristiques techniques du ET 200S

- Possibilité d’enficher jusqu'à 64 modules d’E/S sur le rack

- Vitesse de transmission sur réseau Profibus DP : 12 Mbit/s

- Supporte le Fast Ethernet  (100 Mbit/s)

- Taille variable, encliquetable sur rails DIN

Avantages

Le système de périphérie décentralisée ET 200S vous permet :

- De faire 80% d’économies de câblage en général par rapport aux technologies conventionnelles (pré-câblage intégré y compris pour les moteurs)

- De réaliser 50% de gain de place dans vos coffrets et armoires électriques

- De faire plus de 50% d‘économies de temps de câblage des capteurs/actionneurs grâce aux embases Fast Connect auto-dénudantes

- D’offrir une disponibilité accrue de l'installation grâce au hot swapping

- De garantir des temps d’arrêts fortement réduits grâce à des moyens puissants de diagnostics de pannes et de maintenance à distance

Pour découvrir comment faire communiquer un automate Siemens avec un module d'entrées/sorties décentralisées via le protocole Profibus DP,nous vous invitons à consulter notre formation sur le Profibus DP via ce lien : https://www.automation-sense.com/blog/nos-formations/formation-profibus-dp.html

Le Microbox PC 420 est un exemple de plate-forme PC embarquée faisant partie de la gamme Simatic Embedded Automation. Grâce à sa conception sans ventilateur ni disque dur et à sa compacité, il est particulièrement adapté pour une utilisation sûre et à proximité des machines. Le nouveau WinAC RTX 2005 est optimisé pour l'utilisation sur un SIMATIC Microbox PC 420 avec disque CompactFlash et Windows XP embedded (XPe) permettant ainsi la réalisation de tâches d'automatisations très compactes et à coûts très avantageux

SIMATIC est la plate-forme d'automatisation pour toutes les branches, avec une gamme de constituants standards matériels et logiciels offrant toutes les libertés de personnalisation et d'extension spécifique.

La gamme SIMATIC comprend les composants suivants qui se complètent de façon idéale:

- Les automates de sécurité et à haute disponibilité (automate Failsafe)

- Les automates programmables industriels (Gamme S5 ou S7)

- Les automates basés PC ou Soft PLC (WinAC RTX,Simatic S7-1500 Software Controller)

- Les PC industriels IPC

- Les périphériques décentralisées (ET200)

- Les consoles de programmation

- Les systèmes de contrôles commande SNCC

- Les réseaux industriels (Profibus,Profinet)

- Les interfaces homme machine (TP900 comfort)

La famille des contrôleurs SIMATIC se positionne dans tous les secteurs d'activités et domaines d'applications :

- Classique, de Sécurité ou de disponibilité élevée avec des API modulaires.

- Technologique avec des fonctions intégrées dans les API compacts.

- Commande et supervision dans un produit compact avec des systèmes intégrés.

- Automatisation décentralisée avec CPU classique ou de sécurité.

- PC-based Control avec tâches PC et tâches API dans un PC.

- Motion control intégré dans l'automate

Voici une présentation des produits de la gamme Simatic

- Automates programmables industriels

- Les Automates SIMATIC S7 F, H, FH

- Logiciels industriels SIMATIC

- Entrées Sorties ET200

- SIMATIC HMI

- PC Industriels

- Communication industrielle

 -Identification MOBY

- Machine Vision

- Alimentations SITOP

- Pesage SIWAREX

- MES SIMATIC IT

Dans les projets en automatisme que ce soit dans des secteurs comme l'agroalimentaire,les machines spéciales,l'automobile ou le traitement des eaux usées,nous sommes souvent confrontés au problème de choix d'automates programmables.Pourquoi choisir un tel automate et pas un autre? Ainsi,le choix d'un automate va se faire suivant des critères qui peuvent être différents suivants les personnes et suivants les projets.