Modemcommunicatie met PLC’s
De automatisering van wijdverspreide
installaties en objecten was tot nu toe, afgezien van enkele individuele
projecten, alleen met zeer dure systemen mogelijk. In het bijzonder de
datacommunicatie met en van kleine sturingen in wide area netwerken WAM’s
zorgde voor enorme kosten als deze al te realiseren waren. Daarom werd bij de
compacte FP1 serie van Matsushita hiermee rekening gehouden. De comfortabele
modemfuncties zijn dan ook geïntegreerd in deze PLC. Hierdoor is de grote
investering die datacommunicatie met zich meebrengt al voor een groot gedeelte
teruggebracht.
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française
Een modem heeft verschillende
gebruiksmogelijkheden. De afstand, het medium, en de manier waarop de informatie
uitgewisseld wordt, verdeelt de datacommunicatie in 3 manieren.
- Telefoonnet alarm- en noodmeldingsverbindingen
- Het op afstand opvragen en het op afstand diagnoses stellen
- Constante telefoonverbinding
Om de PLC over grote afstand procesinformatie uit te laten wisselen kan men
kiezen uit het openbare telefoonnet, een tweedraadsverbinding of een
radiografische verbinding. Voor de koppeling van een FP1 sturing met een modem
beschikt het FP1 basisapparaat over een RS422 interface. Optioneel kan daar een
vrij programmeerbare RS232C interface bij gekozen worden. Bij de
programma-interface gaat het om een slave interface die de PLC met het protocol
MEWTOCOL.COM aanstuurt. De RS232C interface ondersteunt naast deze slave werking
ook de master werking. Bij een uitgesproken bevel worden deze omgezet naar het
FP1 protocol en ASCII code zodat de PLC de goede informatie verstuurt of
ontvangt. Bij communicatie-interfaces worden de modems automatisch
geïnitialiseerd bij het in gebruik nemen van de FP1 sturing.
Verzending over het MEWNET
Vaak is het wenselijk om gedecentraliseerde automatiseringseilandjes te
koppelen aan een centrale door middel van modems. Daardoor kunnen gelijkwaardig
communicerende PLC’s de reeds verwerkte data doorsturen naar de centrale
eenheid. Het bij de Matsushita netwerk familie MEWNET behorende Multidrop Net
C-Net maakt het mogelijk om tot 32 FP1’s te schakelen door middel van
tweedraadsverbindingen. De gegevens van deze 32 FP1’s kunnen door middel van
één modem naar een centrale PLC of PC gestuurd worden, waaruit dan de controle
wordt uitgevoerd. Hierbij werkt de Master aan de modeminterface in ASCII mode.
Het Matsushita industrie netwerk MEWNET TR draagt digitale I/O informatie over
tussen de FP1 Mastergroepen, die op gelijkwaardig niveau werken, en de
decentrale slaves, die op sensor / actuator niveau werken. De verbinding van de
Master groepen met andere automatiseringsinrichtingen maakt een gateway naar de
hogere netwerkniveaus mogelijk.
Voorbeeld 1:
noodmeldingssystemen.
Een mogelijke toepassing voor een storingsdetectie is met het openbare
telefoonnetwerk tussen het verdeelstation en de energiecentrale. In het geval
van een foutmelding in een van de gedecentraliseerde verdeelstations worden de
plaats en de aard van de storing doorgegeven. De PLC in het verdeelstation wordt
de Master en maakt het contact in ASCII mode met de centrale. Zodra het contact
gemaakt is, deelt de PLC de centrale mee dat er een uitval is in het betreffende
verdeelstation. Dit geeft het personeel in de centrale de kans om binnen enkele
minuten de reserveleidingen in te schakelen en vervolgens de
reparatiewerkzaamheden te starten. Door de duidelijke winst in tijd en
beschikbaarheid van het systeem is na één foutmelding de investering al weer
goedgemaakt.
Voorbeeld 2: afstandbedienbare
software en diagnosestelling.
De mogelijkheid FP-sturingen van Matsushita software-technisch via de modem
aan te spreken opent geheel nieuwe wegen op het gebied van sturingen en
bewaking. Besturingen verspreid over de hele wereld kunnen over het openbare
telefoonnetwerk aangesproken worden. Bijvoorbeeld voor het programmeren, voor
het up- en down loaden van het programma, voor parameter verandering of voor
foutanalyse.
Voorbeeld 3: Synchronisatie
van twee waterpompstations over een vaste telefoonlijn.
Deze applicatie schetst een datavergelijk tussen twee pompstations van een
waterdistributiebedrijf. Om de grootst mogelijke beschikbaarheid van het
distributienet te krijgen moeten beide stations gesynchroniseerd worden.
Hiervoor worden twee FP1 sturingen ingezet. De FP1-sturing van station 1 draagt
constant zijn eigen tijdinformatie en andere bedrijfsdata over aan station 2.
Deze lijnen zijn altijd in contact met elkaar door middel van de constante
telefoonverbinding, er is dus altijd dataoverdracht.
De modemcommunicatie is van toepassing in de gebouwbeheersing, de
energieverzorging en stadsvernieuwingssystemen, de waterleiding en afwater
industrie, bij pijpleidingen en pompstations van alle mogelijke producten, bij
berichtenoverdracht, in verkeerstechnische projecten en bij inbedrijfname en
service.
X. De Buysscher
Réseaux
de communication
Le combat pour une part du gâteau
Depuis plusieurs années, la
technologie des bus connaît une évolution accélérée et ceci non sans
raisons. Les nombreux avantages qu’entraîne cette technique sont
incalculables. Le choix du système de bus qu’il compte installer reste
toutefois une opération difficile pour l’utilisateur. Bien que le marché
compte déjà actuellement un certain nombre de fabriquants prédominants, on ne
peut, dans l’état actuel des choses, dire d’aucun de ces systèmes qu’il
est appelé à devenir le standard pour les années à venir. En lieu et place d’une
collaboration saine qui pourrait déboucher sur un système standard, on assiste
plutôt à un combat de titans où il s’agit surtout de s’approprier la part
principale du gâteau. Un résumé de la situation.
Les palabres concernant le bus de
terrain universel se poursuivent depuis déjà un certain nombre d’années.
Nous sommes dorénavant en mesure de conclure que sa réalisation ne doit pas
être attendue dans les jours à venir. D’ailleurs, tout ce remue-ménage qui
entoure les normes n’intéresse nullement l’utilisateur. Ce qui compte pour
lui, c’est la notion de «Structure ouverte». Les deux principaux titans dans
l’arène du bus de terrain sont Profibus et Interbus. Tous deux allèguent qu’ils
sont leader du marché, tous deux avancent des chiffres contradictoires afin de
prouver cette maîtrise du marché. Cette lutte se poursuivra aussi longtemps
que se prolongera l’absence d’un standard de communication. D’ici là, les
fournisseurs de modules d’automatisation seront obligés de suivre les
différents standards en ce qui concerne les bus s’ils souhaitent rester dans
la course dans tous les domaines.
Revenons à la base
Sur le plan physique, nous pouvons différencier les systèmes linéaires de
bus (avec des «drops»), les systèmes à boucle (dans lesquels tous les
noeuds, «nodes», sont interconnectés en une boucle physique), les étoiles et
les types mixtes. Chacun comportant ses avantages et ses inconvénients. Deux
systèmes sont à même de bien gérer une réelle communication via un bus : le
système «master-slave» et le système «peer-to-peer», dont CSMA (Collision
Sense/ Multi-Acces) et «token-ring». Dans un réseau master-slave, le
master-noeud («master node») représente l’organisateur du réseau qui
autorise l’accès au réseau des autres noeuds (slaves). Dans les réseaux
peer-to-peer, tous les participants du bus bénéficient des mêmes droits d’accès.
Dans le cas de CSMA, le participant du réseau peut vérifier si le bus est
libre d’utilisation. Lorsqu’il entre en collision avec d’autres
transactions de données sur la ligne, il se retire momentanément jusqu’à ce
que le bus se libère. En ce qui concerne les réseaux token-ring ou token-bus,
le participant qui possède le «token» a accès au bus jusqu’à transmission
complète du token.
De nombreux bus ont la possibilité de procéder à des transmissions
périodiques de données ; nous parlons alors d’une technologie
«producer/consumer». Les protocoles ControlNet, DeviceNet, Fieldbus Foundation
et WorldFIP sont basés sur cette technologie qui permet à tous les noeuds du
réseau d’avoir simultanément accès aux mêmes données en provenance d’une
seule source. Les réseaux industriels de communication peuvent également être
groupés en trois catégories de base : les réseaux «general-purpose», les
«fieldbuses» et les «devicebuses» (également appelés les bus de
niveau-bit). Chaque catégorie peut comprende les diverses structures physiques
et organisationnelles que nous avons traîtées précédemment. Les réseaux
«general-purpose» transfèrent des messages point-à-point entre les
différents noeuds du réseau ou même vers d’autres réseaux comme Ethernet,
ARCNet, IBM Token Ring et MAP. Ces réseaux sont généralement utilisés pour
collecter et enregistrer des données, pour procéder à l’échange de
données entre différents processus ou pour avoir accès à distance au
système. Les bus de terrain ou «fieldbuses» ont par contre été développés
pour procéder à des échanges périodiques de données (également connus
comme les informations «producer/consumer») entre les modules I/O et pour
transférer des messages point-à-point ou effectuer des tâches de contrôle du
réseau durant certains intervalles de temps. Fieldbus et Profibus sont des
exemples types de ces systèmes. Les «devicebuses» comme AS-i et Seriplex
fournissent des connexions avantageuses en terme de prix avec les modules I/O.
Malgré le fait que les vitesses de transfert des données ne se situent pas
vraiment dans un stade avancé, leur capacité de sortie peut être
considérablement élevée, grâce à la taille limitée du réseau ainsi qu’à
l’organisation et à l’adressage simplifiés du réseau. Les autres réseaux
et systèmes de bus tendent à s’intercaler entre ces différentes
catégories. Les systèmes de bus plus récents tels que DeviceNet, Can et SDS
offrent les avantages d’un bus de terrain, tandis qu’ils se situent dans la
classe de prix des «device-bus».
Interbus
Durant les 10 dernières années, Interbus s’est développé comme le
sommet en matière de câblage sériel de terrain. Dans une étude indépendante
de ARC (Automation Research Corporation), financée par la vente des systèmes
en général et non par l’un des fabriquants de bus de terrain, Interbus a
déjà émergé à plusieurs reprises comme le leader du marché mondial. L’une
des raisons qui ont motivé la croissance de ce bus de terrain a été sans nul
doute l’arrivée, il y a de cela 4 ans, de Motorala ASIC avec protocole
Interbus intégré. Grâce à cette technique, il est devenu nettement plus
facile pour les fabriquants de modules d’automatisation de rendre leurs
équipements compatibles avec Interbus. De plus, les premiers modules Interbus
peuvent encore être mis en oeuvre sans aucun problème. Grâce à cette
continuité, Interbus dispose de la plus importante base installée de systèmes
et d’appareillages de terrain au monde (1997: 1,7 million). Interbus offre la
possibilité d’interconnecter tous les types de modules d’automatisation,
des capteurs et actuateurs aux systèmes de régulation de processus, à l’aide
du même système de bus de terrain. De même, la communication avec les HMI
(Human Machine Interface) et la communication mutuelle entre les PLC s’effectuent
via Interbus, ce qui offre l’avantage aux ingénieurs, programmeurs,
installateurs et personnel d’entretien de ne devoir maîtriser qu’un seul
système. Pour les installations comportant un nombre relativement réduit d’entrées
et de sorties, la solution est d’appliquer cette technique là où cela s’avère
nécessaire, c’est-à-dire directement dans la machine ou l’installation.
Pour ce faire, les capteurs et actuateurs devront être connectés directement
à Interbus sans trop de stations intermédiaires, de connecteurs et de câbles
supplémentaires. Grâce aux modules Interbus-Loop, l’électronique des bus
est directement intégrée dans l’équipement périphérique. Ceci comporte
comme avantage qu’on ne quitte à aucun moment le réseau Interbus. Comme nous
le savons déjà, le standard PC universellement reconnu est en voie d’étendre
son domaine d’application depuis les buraux vers les automatisations
industrielles. Avec Interbus-Open Control, Phoenix Contact anticipe directement
la croissance du concept d’automatisation ouverte pour les machines et
installations basées sur les PC standards, Windows, IEC 1131 et, bien entendu,
Interbus. Grâce à la standardisation des échanges de données selon les
accords propres à l’Open Control, les applications industrielles sont en
mesure de communiquer simplement avec des applications de bureau. Open Control
fait du bus la colonne vertébrale du système d’automatisation.
Profibus
Comme nous le disions déjà, Profibus, issu du giron de Siemens, est
aujourd’hui l’un des systèmes de bus de terrain les plus populaires sur le
marché européen. Avec toutefois une stratégie totalement différente que
celle de Phoenix Contact, tout est mis en oeuvre pour assurer la dominance dans
le Benelux et les autres pays européens. Contrairement à Phoenix Contact,
Siemens ne vend pas ses bus de terrain comme solutions stand-alone mais plutôt
comme partie intégrante des solutions globales que le constructeur propose à
ses clients. Les spécifications de Profibus (Process Field Bus) sont fixées
dans la norme européenne NE 50170. Les fournisseurs sont tenus à une
implémentation stricte des interfaces et constructions protocolaires décrits
dans la norme, ce qui garantit une connectivité maximale. Profibus comprend
trois variantes compatibles de protocoles qui sont toutes basées sur la même
technologie Profibus et qui ont toutes les trois recours à un protocole bus
simple. Le procédé Profibus utilise le «token-passing» pour la communication
mutuelle des participants intelligents du bus (masters) et soutient le principe
master/slave pour la communication des participants intelligents du bus avec les
équipements périphériques (slaves). Profibus FMS (fieldbus Message
Specification) représente la solution universelle pour la communication entre
systèmes intelligents d’automatisation. Les services FMS disposent d’un
vaste domaine d’application et conviennent pour des tâches de communication
volumineuses. Grâce à sa vitesse élevée de transmission, Profibus DP
(Périphérie Décentralisée) offre une solution optimale pour la communication
entre systèmes d’automatisation et les périphéries décentralisées qui y
sont connectées.
Profibus PA (Process Automation) est axé sur les applications qui se situent
dans un environnement type de processus. Profibus PA a recours au transfert
intrinsèquement sûr, tel qu’il est spécifié dans la norme IEC 1158-2, et
permet l’alimentation via le bus des instruments qui sont connectés à ce
bus. Les participants à ce réseau peuvent être configurés comme master ou
comme slave. L’utilisateur est en mesure de librement définir l’élaboration
des trames de communication au sein du réseau. Chaque trame est possible dans
une configuration entre un multi-master et un single master-slave.
Les autres
Il semble bien que les deux fournisseurs allemands aient à coeur de
garantir leur part du marché mais qu’en est-il des autres fournisseurs? N’ont-ils
d’autre choix que de voir Phoenix Contact et Siemens se partager le marché
belge et de se contenter des miettes? Toujours est-il que des solutions
alternatives existent bel et bien. Ne mentionnons que certains réseaux tels que
DeviceNet de Allen Bradley et LONWorks de Echelon. Ce sont des réseaux qui sont
consacrés par l’usage en Amérique mais qui, bien que satisfaisant aux
exigences techniques, n’arrivent pas à s’imposer sur le marché européen.
Interbus et Profibus sont tellement entrés dans les moeurs que les combattre
représente une tâche particulièrement ardue. Certains bus de terrain, comme
Modbus, qui bénéficiaient d’une popularité certaine, due en grande partie
aux Modicon Controllers, sont en train de disparaître du front.
Mentionnons encore WorldFIP, le standard national français en matière de bus
de terrain, soutenu par Télémécanique, une filiale du Groupe Schneider. Leur
devise est «Lorsqu’on n’est pas populaire, on se doit d’être meilleur».
Ce bus connaît un succès certain en France et en Italie mais FIP n’arrive
pas à réellement percer en Europe du Nord.
CAN-bus, par contre, est un bus en pleine évolution. N’étant certainement
pas un grand bus industriel, CAN s’avère toutefois l’un des bus les plus
utilisés dans les appareillages.
Tendances
Les produits d’aujourd’hui doivent être compatibles avec plusieurs
types de bus de terrain, leurs possibilités doivent être accrues et ils
doivent bénéficier du «Plug and Play». On assiste à une réduction en terme
de dimensions des modules I/O et des «terminal blocks» ainsi qu’à un
accroissement de leur fonctionnalité. La tendance, visant à répartir l’intelligence
sur l’ensemble du terrain, joue très nettement en faveur d’Interbus.
Contrairement à Profibus, Interbus a été exclusivement conçu pour assurer la
communication entre les contrôleurs locaux et les îlots I/O. Ce bus permet la
circulation d’informations relatives au processus, tant au niveau des
informations «intelligentes» acycliques, comme des paramètres et des blocs de
programmation, qu’au niveau des informations cycliques. Siemens est très
conscient de ces besoins et réagit en intégrant dans Profibus DP toujours plus
de fonctionnalités FMS, jadis réservées à des niveaux supérieurs.
La principale part du «gâteau» est aujourd’hui répartie entre les deux
titans allemands Profibus et Interbus. Les autres fournisseurs n’ont d’autre
choix que d’assister au combat et ramasser les miettes restantes. Un standard
universel? Demain peut-être? Qui le dira?
ing. Xavier De Buysscher
