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.
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 production. Le plus souvent il s’agit de transfert de fichiers avec des volumes de données élevés et des temps de réponse non-critiques
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.
3 Bon à savoir
Les réseaux sont généralement répartis en fonction de leur étendue géographique :
WAN (Wide Area Network)
Réseaux de grandes distances internationaux et nationaux (Ex : réservation aérienne, Echanges bancaires, Internet…)
MAN (Metropolitan Area Network) Réseaux pour les besoins d’une agglomération (Ex : gestion des bâtiments communaux, trafic urbain…)
LAN (Local Area Network)
Réseaux limités à 1 ou plusieurs bâtiments (Ex : réseau d’entreprise)
Certains termes sont souvent utilisés en parlant de réseau :
APPLICATION
Ensemble de fonctions réalisées avec des matériels, des logiciels.
ARCHITECTURE
Manière de répartir les fonctions, les traitements…
RESEAU
Ensemble des moyens de communication permettant aux fonctions de communiquer entre elles.
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
Niveau 3 La gestion de production
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
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
Automatisme Mécanique
Etude Réalisation Exploitation Maintenance
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Machine/Installation Automatisme
6 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.
Guy Fages
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%.
6.1 Le Bus de terrain en phase Etude
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.
6.2 Le Bus de terrain en phase Réalisation
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.
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.
Gest ion Projet Schémas
Gest ion Projet Programmat ion
Schémas Programmat ion
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Classique Bus de t errain
Mat ériel aut omat isme
Mat ériel aut omat isme Cof f ret s et
armoires
Cof f ret s et armoires
Câbles Câbles
Main d'œuvre
câblage Main d'œuvre
câblage Mise en service
Mise en service
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Classique Bus de t errain
6.3 Le Bus de terrain en phase Exploitation
Les avantages apportés par le bus de terrain en exploitation sont difficilement quantifiables, citons : 9 Maintenance simplifiée
9 Temps d’intervention réduits 9 Standardisation des composants
6.4 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.
Bien entend, chaque application est différente et il est évident que des disparités importantes ont été remarquées en fonction des topologies d’installation.
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
6.5 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 281 056, 27 264 120, 00
doublage PMS (63.690,43)
doublage styl 72 554, 23 72 996, 00
plafond 137 067, 90 119 130, 00
plus value goulotte électrique
basse clips 61 893, 60
plus value goulotte haute support
canalisation électrique 27 492, 00
courant fort 239 985, 25 240 734, 41
complément 113 702, 00 67 392, 00
gestion technique chauffage éclairage
alarme technique 118 963, 00 116 153, 95
intrusion par infrarouge passif 56 515, 13 52 622, 69
incendie 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
revêtement sol 85 500, 00 85 500, 00
Total 2 262 030, 93 2 238 648, 38
Etude
Etude Réalisation
Réalisation Exploitation
Exploitation
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Classique Bus de terrain
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 Des inversions d’état
9 Des changements d’échelle de sensibilité 9 Des temporisations spécifiques
9 …
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)
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 Fonctionnalités
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
Profil
complet M1
• 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
7.4 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
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
7.5 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 5 ms maximum pour le traitement de 124 E/S
9 1 ms maximum pour le traitement de 6 E/S 9
Nbre max. d’esclaves Spécifications
AS-i TOR Analogique AS-i Safety
Nbre entrées TOR
Nbre sorties TOR
Version 2.0 31 31 31 31 x 4 = 124 31 x 4 = 124
Version 2.1 62 62 31 62 x 4 = 248 62 x 4 = 248
Version 3.0 62 62 31 62 x 8 = 496 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.
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 Scrutation cyclique des esclaves
Acyclique sur demande du maître
Adressage Adresse contenue dans l'esclave, le maître peut configurer l'adresse
Format des données 4 bits par esclave Temps de cycle Max 5 ms pour 31 esclaves
Traitement des erreurs Détection et répétition des messages erronés
7.6 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
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) I/O
Code D0 D1 D2 D3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
IN IN IN IN 0.1
IN IN IN OUT 1.1
IN IN IN IN/OUT
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 7.1
OUT OUT OUT OUT
OUT OUT OUT IN R
OUT OUT OUT IN/OUT X.0
OUT OUT IN IN R B.1
OUT OUT IN/OUT IN/OUT X.0
LIBRE
OUT IN IN IN R D.1 X.F
OUT IN/OUT IN/OUT IN/OUT X.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E
F IN/OUT/NUL IN/OUT/NUL IN/OUT/NUL IN/OUT/NUL Inutilisé V
IN : Entrée
OUT : Sortie
IN/OUT : Entrée/Sortie IN/OUT/NUL : Trois états
V : Non utilisé
R : Réservé
7.7 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.
Table des Esclaves
projetés
c
Table des Esclaves reconnus
d
Table des Esclaves
actifs
e
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 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 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.
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.
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)
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 :
7.8 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 A2S-i pour:
-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.
1 Architecture d’un bus de terrain ... 1
2 Un peu d’histoire ... 1
3 Bon à savoir ... 2
4 La pyramide CIM ... 2
5 Firmament des bus... 3
6 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 Guy Fages Collection technique – Groupe Schneider
AS-i CROUZET Automatismes
Actuator Sensor Interface FESTO
