Chapitre 3 RLI 2014/2015 PDF

Génie industriel & logistique 2 Réseaux Locaux Industriels Pr. ZBAKH Douae Université Abdelmalek Esaadi ENSA de Tanger Chapitre III MAP: Manufacturing Automation Protocol  Projet de fi...

Génie industriel & logistique 2 Réseaux Locaux Industriels Pr. ZBAKH Douae Université Abdelmalek Esaadi ENSA de Tanger Chapitre III MAP: Manufacturing Automation Protocol  Projet de fin d’études 2014/2015 Introduction Architecture du réseau MAP Plan Modèles de cooperations Migration & Nouvelles technologies 3  Problématique Les RLI ont été conçu pour gérer la communication entre les équipements hétérogènes de la chaine de production à fin de répondre aux exigences du marché :  La forte demande: augmenter la production.  La qualité : éviter les erreurs & le temps mort  Le cout : agir sur la main d’oeuvre  Problématique La résolution du problème de communication a imposé:  Automatisation entière de la chaine de production.  Utilisation des RLIs pour assurer la communication. Nouveau problème Compatibilité du matériel constituant la chaine de production. Introduction: solution proposée Protocol MAP  Assurer la compatibilité du matériel.  Organiser la communication selon une loi.  Introduction : définitions  Les M.A.P. sont nés dans General Motors au début des années 80 à cause des problèmes de compatibilité dans les réseaux.  Ce protocole de communication a été développer pour faciliter l'interopérabilité et la communication dans les systèmes d'automatisation industrielle.  L’objectif principale des MAP est la standardisation de la communication entre les équipements de fabrication et les systèmes de contrôle, permettant ainsi une intégration plus fluide des divers dispositifs d'automatisation.  Introduction : définitions L'automatisation et la facilité d'échanger les informations entre les différents services/machines d'une entreprise a d'abord une motivation économique. Elle permet d'atteindre:  Assurer un meilleur lien entre la conception (C.A.O.) et la réalisation (l'atelier)  Diminuer le temps consacré au cycle de développement.  Assurer un meilleur suivi/contrôle de fabrication (G.P.A.O.)  Introduction : Caractéristiques  Architecture en Couches : MAP est basé sur une architecture en couches, inspirée du modèle OSI, ce qui facilite l'intégration et l'interopérabilité.  Protocoles Multiples : Il utilise plusieurs protocoles de transport, tels que TCP/IP et d'autres protocoles de communication série, pour assurer la flexibilité dans les environnements industriels.  Échange de Données : Permet l'échange de données entre dispositifs de différents fabricants, ce qui réduit la dépendance vis-à- vis d'un seul fournisseur.  Introduction : Fonctionnalités  Support pour les Données Temps Réel : MAP est conçu pour gérer des communications en temps réel, essentielles pour les applications critiques en production.  Interopérabilité : Facilite la communication entre divers équipements, tels que les contrôleurs logiques programmables (PLC), les robots, et les systèmes de supervision.  Sécurité: Bien que moins développé que les protocoles modernes, MAP intègre certaines mesures de sécurité pour protéger les communications.  Introduction : Applications  Industrie Manufacturière : Utilisé dans les chaînes de production pour intégrer divers équipements et systèmes.  Automatisation de Processus : Appliqué dans des environnements où le contrôle et la supervision des processus sont critiques.  Systèmes de Gestion de Production : Permet à divers systèmes de gestion d'échanger des informations et de coordonner les opérations de fabrication  Architecture du réseau MAP Il y a deux versions d’architecture :  Les premières versions du réseau MAP: nommé (Full-MAP) ont été conçues selon le modèle OSI.  Les dernières versions : des modèle plus simple appelé Mini MAP Architecture du réseau MAP  Architecture du réseau MAP  Le réseau M.A.P. est composé de :  réseau full-M.A.P.  réseaux mini-M.A.P.  Le réseau a retenu les normes I.S.O.  Utilisation des normes nécessaires aux applications industrielles telles M.M.S. (Manufacturing Message Service). Architecture du MAP : couche physique  Topologie : L’architecture est applicable sur les trois topologies: Etoile, Bus et Anneau  Câbles : Le réseau M.A.P. a commencé par l’utilisation d’une technologie large bande qui implique l'utilisation de modems. Le médium de transmission est un câble coaxial de distribution T.V. normalisé CATV 75 Ohms. Architecture du MAP : couche physique  Câbles:  Le full-M.A.P. est supporté par un câble coaxial RG6 semi rigide sur une longueur maximale de 3.7 kilomètres.  Les mini-M.A.P. est supporté par un câble coaxial RG6 rigide ou R.G. 11 flexible sur une longueur maximale de 700 mètres. Architecture du MAP : couche liaison de donnée  Sous couche MAC  Le M.A.P. utilise un bus à jeton I.E.E.E. 802.4.  La transmission s’effectue au niveau d’une station pour un intervalle de temps donné si elle possède le jeton. Architecture du MAP : couche liaison de donnée Un service dupliqué sur chaque station qui permet la mise en œuvre de protocoles: Architecture du MAP : couche liaison de donnée Réception de jeton. Transfert de données.  Emission de jeton. Régénération de jeton en cas de détection de perte. Ajout et retrait de station de l'anneau virtuel. Initialisation de l'anneau. Architecture du MAP : couche liaison de donnée Les types de trames de gestion de l'anneau sont:  Demande de jeton (initialisation)  Sollicitation successeur.  Désignation de successeur.  Résolution de conflit  Jeton. Architecture du MAP : couche liaison de donnée Les Ponts :  sont les entités fonctionnelles chargées du filtrage et de l'isolation des sous réseaux.  Ils assurent la réception complète des messages avant leur réémission  Ils permettent de diminuer le nombre de stations par sous-réseau et donc d'abaisser le temps de rotation du jeton sur l'anneau. Architecture du MAP : couche liaison de donnée  Le pont est transparent pour les utilisateurs de la sous couche M.A.C. (Medium Access Control).  Les réseaux interconnectés doivent donc avoir un même format d'adresse et des longueurs maximales de trame égales. Architecture du MAP : couche liaison de donnée Sous couche LLC  Modèles de coopération Un modèle de coopération représente la manière selon laquelle communiquent les différents processus d’application dans un réseau local industriel en se basant sur le protocole MAP. C’est l’une des premières caractéristiques des RLIs Modèles de coopération : client/serveur  Exemple: Nous considérons une cellule automatisée composée d’un robot et de deux machines outils. Modèles de coopération : client/serveur  Deux processus sont en relation : le client et le serveur.  Le client émet une demande de service vers le serveur, qui traite la requête et renvoie la réponse au client.  La plupart des services/protocoles de couche application respectent ce modèle.  La durée totale de l’opération est imprévisible, Modèles de coopération : client/serveur Limites du modèle  Si deux clients demandent un même service à un serveur, ce dernier les traitera en séquence, et pourra fournir des réponses différentes à chacun d’eux.  Un modèle client-multiserveurs a été défini pour certains services. Il faudrait l’étendre avec la possibilité de gestion de contraintes temporelles. Modèles de coopération : client/serveur Limites du modèle  Si un client veut demander simultanément des services à plusieurs serveurs, il ne peut le faire que séquentiellement, ce qui revient à considérer comme simultanés tous les événements intervenant dans l’intervalle de temps nécessaire aux exécutions séquentielles des demandes de service.  Modèles de coopération : Producteur/consommateur  C’est un modèle ou le producteur d’une donnée peut l’émettre vers tous les consommateurs, selon le protocole utilisé  L’émission s’effectue en diffusion générale ou en multipoint, donc deux principales techniques peuvent être mises en œuvre :  Chaque consommateur se reconnaît comme abonné sans que le producteur ait à les nommer,  La liste des abonnés est précisée par le producteur à l’émission.  Modèles de coopération : Producteur/consommateur  Si on garantie que chacun recevra la même valeur, on a résolu le problème d’obtention du même résultat par des clients différents (consommateurs).  L’initiative de l’émission est laissée au producteur, mais celle de la production peut être confiée à un client parmi les consommateurs qui déclenche l’opération.  Modèles de coopération : Producteur/consommateur  Modèles de coopération : Producteur/consommateur Limites du modèle  Malgré qu’il résout quelques problèmes du modèle client/serveur, il souffre lui aussi de deux problèmes essentiels :  Alourdir le producteur par les émissions et les demandes.  Impossible de synchroniser plusieurs producteurs.  Modèles de coopération : Producteur-distributeur-consommateur  Ce modèle est une extension du précédent pour permettre de maîtriser le temps, en particulier dans la gestion de plusieurs serveurs producteurs de données.  Dans ce modèle, l’initiative des émissions et certaines synchronisations sont confiées au distributeur, ce qui permet d’ordonner les échanges de façon à garantir au mieux le respect de certaines contraintes temporelles.  Modèles de coopération : Producteur-distributeur-consommateur  Le producteur d’une donnée est un processus d’application responsable de la production de la donnée.  Le distributeur des données est un processus d’application qui est responsable du transfert des données du producteur à tous ses utilisateurs. Il régit la synchronisation des producteurs, les transferts vers les consommateurs dans l’ordre adéquat pour respecter les contraintes de temps.  Les utilisateurs des données (les consommateurs) sont des processus d’application qui ont besoin des données pour être exécutés.  Modèles de coopération : Producteur-distributeur-consommateur  Migration des protocoles : Le MAP entre le passé et le futur le protocole MAP a été une étape importante dans l'évolution des communications industrielles. Bien qu'il ne soit plus aussi largement utilisé aujourd'hui, son impact sur les protocoles modernes est indéniable. Plusieurs facteurs ont contribué à son déclin :  Migration des protocoles : Le MAP entre le passé et le futur  Émergence de Protocoles Modernes Ethernet/IP, Profinet, et OPC UA: Ces protocoles offrent des fonctionnalités améliorées, une meilleure performance et une plus grande flexibilité. Ils sont conçus pour fonctionner sur des infrastructures réseau modernes et supportent des communications en temps réel.  Interopérabilité et Standards : Les nouveaux protocoles ont été conçus avec une interopérabilité plus forte entre des dispositifs de différents fabricants, ce qui est essentiel dans les systèmes d'automatisation actuels.  Migration des protocoles : Le MAP entre le passé et le futur  Technologies Récentes : La montée en puissance des technologies Internet des Objets (IoT) et du cloud computing a également poussé les industries à adopter des protocoles plus adaptés à ces nouvelles architectures.  Support et Maintenance : Avec la réduction de l'utilisation de MAP, le support technique et les mises à jour disponibles pour ce protocole sont devenus limités, rendant difficile son intégration dans des systèmes modernes.  Migration des protocoles : Motivation La migration vers de nouveaux protocoles de communication dans les réseaux locaux industriels est un processus essentiel pour les entreprises cherchant à moderniser leurs systèmes d'automatisation. Voici un aperçu des étapes, des défis et des meilleures pratiques associés à cette migration.  Migration des protocoles : Motivation  Amélioration de la Performance : Les nouveaux protocoles offrent des vitesses de communication plus élevées et une latence réduite.  Interopérabilité : Les protocoles modernes facilitent la communication entre équipements de différents fabricants, réduisant les problèmes de compatibilité.  Migration des protocoles : Motivation  Fonctionnalités Avancées : Les nouveaux protocoles intègrent des fonctionnalités comme la gestion des données en temps réel, la sécurité renforcée et des capacités IoT.  Support et Mise à Jour : Les protocoles récents bénéficient d'un meilleur support et de mises à jour régulières.  Nouvelles Technologies Ethernet/IP (Ethernet Industrial Protocol)  Description : Protocole basé sur Ethernet et TCP/IP.  Utilisation : Facilite la communication entre des dispositifs industriels tels que PLC, capteurs et actionneurs.  Caractéristiques : Supporte des applications en temps réel et permet une intégration facile avec des systèmes IT.  Nouvelles Technologies Modbus  Description : Protocole de communication série largement utilisé.  Utilisation: Pour le contrôle et la supervision des dispositifs industriels.  Caractéristiques : Simple et efficace, il fonctionne sur différentes couches (RTU, ASCII).  Nouvelles Technologies CANopen  Description: Protocole basé sur le réseau CAN (Controller Area Network).  Utilisation : Utilisé dans les systèmes embarqués et l'automatisation industrielle.  Caractéristiques : Robuste, avec une faible latence et une bonne gestion des erreurs.  Nouvelles Technologies OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture)  Description: Standard d'interopérabilité pour l'échange de données entre systèmes d'automatisation.  Utilisation : Idéal pour l'intégration de l'IoT et des systèmes hétérogènes.  Caractéristiques: Sécurisé, indépendant du matériel, et capable de gérer des données complexes.