Réseaux Locaux Industriels - Concepts Clés

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels (RLI)

• Un RLI est un système de communication entre plusieurs équipements industriels (capteurs, automates, actionneurs) dans une zone géographique limitée.
• Un RLI est défini par l'ensemble des éléments permettant l'échange à haut débit de données entre des équipements au sein d'une même entreprise.
• Les besoins des RLI sont imposés par la forte demande de croissance de la productivité et l'élimination des erreurs humaines pour réduire les pertes.
• L'interconnexion des équipements industriels pour le traitement de l'intégrité du système et la connexion de différents composants hétérogènes (différents types) est un besoin important.
• Trois types de réseaux peuvent être distingués : les réseaux longue distance (WAN), les réseaux métropolitains (MAN) et les réseaux locaux (LAN). La distinction est faite par la distance entre les équipements.
• Un RLI vise à gérer la communication entre les machines hétérogènes et diverses d'une usine ou d'un système de production pour permettre la commande, la surveillance, la supervision, la conduite, la maintenance, le suivi du produit et la gestion.

Le modèle OSI

• Le modèle OSI présente les couches suivantes: Application, Présentation, Session, Transport, Réseau, Liaison de données, Physique.
• Chaque couche ajoute une entête aux données pour faciliter la communication.

OSI vs RLI

• Les modèles de coopération (MMS) agissent comme liaison entre les couches OSI et RLI
• LLC : protocole de connexion (avec ou sans acquittement) des communications industrielles

Couches du modèle RLI

• La couche application permet l'implémentation des applications sur les machines, le contrôle et la construction des interfaces nécessaires à la communication.
• La couche liaison permet de corriger les erreurs de transmission et de fiabiliser la communication à travers les acquittements (LLCI, LLC2, LLC3).
• La couche physique permet de coder les données avant l'envoi et de décoder les messages reçus avant transmission au niveau supérieur.

Environnement Industriel : Équipements

• L'environnement industriel englobe tous les équipements participant à la chaîne de production (fabrication, contrôle, maintenance).
•  Exemples : robots, machines, capteurs, actionneurs, stations de supervision.

Environnement Industriel : Objectifs

• L'automatisation permet la commercialisation rapide des nouveaux produits.
• La réactivité aux exigences du marché est aussi un objectif important.
• L'efficacité et l'économie de la production sont aussi des objectifs principaux.
• L'exploitation optimale des capacités des machines est un objectif de l'automatisation.

Environnement Industriel : Niveaux

• L'environnement industriel est hiérarchisé en quatre niveaux d'abstraction : Entreprise, Usine, Atelier ou Cellule et Terrain.

Architecture d'un Réseau Industriel

• Un réseau local industriel est un réseau local utilisé dans une usine ou un système de production pour connecter des machines diverses afin d'assurer la commande, la surveillance, la supervision, la conduite, la maintenance, le suivi de produit et la gestion.
• Le diagramme d'architecture global d'un RLI montre les différents niveaux (Usine, Atelier, Terrain) connectés par des réseaux. Exemples : GPAO, CFAO, CAO, et des réseaux d'atelier ou de terrain pour connecter directement les équipements.

Caractéristique du Trafic RLI

• Le trafic dans un RLI est différent du trafic dans un réseau de bureau.
• Les messages ont des priorités et des tailles variables (urgences et non urgences)
• Le trafic peut être irrégulier, dépendant la taille du message et leur nombre, selon le niveau concerné.
• La notion de temps réel est cruciale, c'est pourquoi la qualité des messages est très importante.
• La fiabilité, la performance, et les communications spécifiques sont des caractéristiques requises des RLI.
• La diffusion et la concentration de messages simultanés sont des caractéristiques du trafic RLI.
• La périodicité des échanges de messages également.

Architecture du Réseau MAP

• Le réseau MAP a deux versions d'architecture : Full-MAP et Mini-MAP, suivant une architecture en couches inspirée du modèle OSI.
• La technologie utilisée est le bus à jeton (IEEE 802.4).
• Les supports physiques utilisés sont des câbles coaxiaux.

Modèles de coopération

• Les modèles de coopération décrivent les manières dont les processus d'applications communiquent dans un RLI.
• Exemples : Client/Serveur, Producteur/Consommateur, et Producteur-Distributeur-Consommateur.

Migration des protocoles

• La migration vers de nouveaux protocoles comme Ethernet/IP, Profinet et OPC UA est motivée par l'amélioration de la performance et l'interopérabilité.
• Les nouvelles technologies comme le cloud computing et l'IoT influencent le choix des protocoles et architectures, nécessitant des technologies plus modernes avec un support technique actuel.

Modèles de coopération: Client/Serveur

• Le service entre un client et un serveur est implémenté en utilisant le modèle Client/Serveur.
• Dans ce modèle, toutes les demandes et les échanges de services sont initiés par le client et répondus par le serveur. La durée de l'opération est imprévisible.
• Si plusieurs clients nécessitent le même service, le serveur doit traiter les demandes en séquence.
• Un modèle client-multiserveurs peut être approprié pour certains services avec la possibilité de gestion des contraintes temporelles.

Modèles de coopération: Producteur/Consommateur

• Un système de communication est implémenté avec le modèle Producteur/Consommateur.
• Dans cette approche, la transmission s'effectue en diffusion générale ou en multipoint.
• Le producteur est identifié comme la source de l'information et les consommateurs reçoivent l'information du producteur.
• Le problème de synchronisation des producteurs doit être résolu pour éviter les erreurs.
• Ce modèle souffre de quelques problèmes implémentés avec le modèle Client/Serveur.

Modèles de coopération: Producteur-Distributeur-Consommateur

• Ce modèle est une extension du modèle Producteur/Consommateur.
• Le modèle prend en charge le temps réel et la gestion de plusieurs serveurs producteurs de données.
• Cette approche permet d'organiser les échanges et de respecter correctement les différentes contraintes de temps.

Couche de liaison de donnée

• La couche liaison de données assure le bon transfert des bits dans les paquets.
• Les données de la couche supérieure sont encapsulées dans des trames avec en-têtes et pieds de page pour le contrôle.
• Cette couche gère le flux de données pour éviter la saturation.
• La gestion de l'accès aux médias se fait suivant des protocoles. Les adresses MAC permettent d'identifier les appareils.

Sous couche MAC

• La sous-couche MAC est un élément fondamental pour la gestion de l'accès au média et la communication entre les dispositifs d'un réseau local.
• Les adresses MAC sont utilisées pour identifier les équipements du réseau de manière unique.
• La gestion du trafic sur le média est assurée grâce aux protocoles d'accès aléatoires comme CSMA/CD et déterministe comme CSMA/DCR

Sous-couche LLC

• La sous-couche LLC assure des services entre les couches MAC et application.
• Ces services ont pour ambition de simplifier la communication dans les réseaux locaux en proposant l'interopérabilité des protocoles.
• Trois types de services LLC sont définis : LLC1 (sans connexion et sans acquittement), LLC2 (avec connexion et avec acquittement) et LLC3 (avec connexion et sans acquittement).

Interface MAC/LLC

• L'interface MAC/LLC assure la communication entre les couches MAC et LLC.
• L'interface propose des primitives comme MA-UNITDATA.request pour la transmission des données des couches supérieurs à la couche MAC.

Les Services MMS

• Le protocole MMS fournit 15 classes d'objets et plus de 80 services pour la gestion des équipements et des communications.
• Les services de gestion de l’environnement MMS incluent des commandes pour initialiser, gérer et libérer les connexions ainsi que la gestion de la VMD.

Messagerie Industrielle

• La messagerie industrielle gère le flux d'informations entre les différents composants et applications d'un réseau industriel.
• Les différents services permettent la connexion entre les composants, le transfert des données, les échanges sous contraintes de temps réel et la surveillance.
• L'architecture MMS est basée sur les trois modèles: Client/Serveur, VMD (Virtual Manufacturing Device) et Objet.

Couche Physique

Les propriétés les plus importantes de la couche physique concernent la topologie, le type de support (cuivre, fibre optique, sans fil), le taux de transmission, la longueur maximale, le nombre de nœuds, l'alimentation et la résistance aux perturbations physiques. Des supports spécifiques aux industries sont nécessaires. Différents type de câbles sont également disponible pour fournir la capacité requise.

Ce quiz explore les concepts fondamentaux des réseaux locaux industriels (RLI). Les questions portent sur les besoins majeurs, les types de réseaux, les objectifs d'interconnexion et les défis liés à la mise en œuvre des RLIs. Testez vos connaissances sur ce sujet crucial de l'industrie moderne.