Les « bons vieux » bus de terrain sont bus toujours vivants. Voici rassemblées quelques-unes des dernières évolutions en la matière, que ce soit Sercos Safety, CompoNet ou CC-Link/LT.
Les bus de terrain sont partout. Et au moment où tout le monde ne parle plus que d’Ethernet au travers ses différentes offres de communication pour le milieu industriel, les « bons vieux » bus de terrain rendent encore bien des services. Si Ethernet convient parfaitement à certaines applications, il ne faudrait peut-être pas enterrer trop vite leurs géniteurs. Ceux-ci continuent de se battre pied à pied sur le terrain, dans les ateliers de production.
C’est pourquoi, sans vouloir être exhaustif, il nous est apparu important de rassembler quelques-unes des dernières évolutions en la matière, avec notamment la pénétration des aspects de sécurité dans les bus de terrain, qu’il s’agisse de Sercos qui vient d’annoncer sa version Sercos Safety, ou des bus comme Asi-Safety et Interbus Safety qui en sont à leurs premiers retours d’expérience.
Autre champ de bataille, la hiérarchie entre bus de terrain. Un bus comme AS-Interface cantonné pendant longtemps aux bus de terrain de capteurs/actionneurs tout ou rien, après s’être ouvert dans un premier temps aux données analogiques vient chatouiller ses concurrents situés, pour la plupart, dans le niveau supérieur.
Pas de chance pour AS-Interface, ses derniers ne voient pas l’avenir aussi rose, et la contre attaque ne s’est pas fait attendre avec les annonces successives de CompoNet et de CC-Link/LT. Les gros poids lourds de la communication de terrain, donnent quelques bribes d’informations sur leurs versions « light », destinées à concurrencer AS-Interface.
Voici dans « l’ordre d’apparition » : CClink/LT, CompoNet, AS-interface V3, Sercos Safety et Interbus Supi4 et Safety
Nouveaux profils pour AS-interface
Depuis sa création, il y a un peu plus d’une dizaine d’années, la technologie AS-interface (abréviation d’Actuator-Sensor interface) a su s’imposer comme le standard de la communication au niveau des couches basses des architectures d’automatismes. Auparavant, les signaux issus des capteurs/actionneurs étaient généralement transmis aux modules d’entrées/sorties des automates par le biais d’importants faisceaux de câbles, chaque capteur ou actionneur étant relié aux modules par sa propre ligne. Le bus de terrain AS-i a permis de remplacer cet encombrant et coûteux amas de câbles parallèles, par une simple ligne bifilaire interconnectant tous les capteurs et actionneurs.
Comme tous les bus de terrain, AS-Interface peut être catégorisé suivant le modèle de référence ISO-OSI. Seules trois des sept couches du modèle sont implémentées : la couche Physique, traitant des aspects matériels relatifs à l’établissement et au maintient d’une liaison physique entre les diverses entités communicantes ; la couche Liaison de Données, qui défini le format, la sémantique et les règles d’échanges de messages sur le support physique ; et enfin la couche Application, qui stipule les commandes, contenus, séquences et comportements des stations, par exemple lors du remplacement d’un esclave alors que le système est en fonctionnement (Hot Swap ou Live Insertion).
Principes de base
Typiquement, un réseau AS-Interface est composé d’une station maître et de plusieurs équipements esclaves, interconnectés entre eux et échangeant des informations au travers d’un médium de transmission. Celui-ci est entièrement défini par le standard AS-i. En plus des données, il délivre la tension d’alimentation des capteurs et des circuits électroniques (24V DC), grâce à un bloc d’alimentation spécifique AS-i, permettant le découplage des données. Des points de dérivation peuvent être placés en tout endroit du réseau, ce qui permet la mise en œuvre de différents types d’architectures : arborescentes, linéaires, étoilées… La longueur totale maximale d’une ligne dans un réseau est de 100 m. D’autres équipements peuvent également être présents si nécessaire sur un réseau AS-i : des répéteurs, qui permettent d’étendre la longueur maximale du réseau jusqu’à 300 m, mais également des équipements fournissant des services complémentaires, tels que la détection et le diagnostic des défauts, l’attribution d’adresses aux esclaves, etc.
Image ASInterface.jpeg : Composition typique d’un réseau AS-Interface
Le maître AS-i assure la connexion avec le système hôte, qui peut être un API, un PC-Industriel ou une passerelle vers un bus de terrain de niveau plus élevé. Il est également responsable du contrôle du trafic sur le bus AS-i, et prend en charge les fonctions de management nécessaires. Notons que le standard AS-Interface ne définit les interfaces avec les niveaux 1 (niveau capteurs/actionneurs) et 3 (niveau contrôle) que de façon conceptuelle, leur implémentation étant laissée à la charge des constructeurs. La notion de Profil est utilisée pour obtenir une description plus précise des différents types d’esclaves, des fonctionnalités supportées et de la façon dont l’échange de données est effectué entre les Maitres et les esclaves AS-i. Comme le précise Eric Sabattier, Président de l’Association AS-i France : « Ces profils sont définis par l’association AS-i et sont communs à tous les fabricants, ce qui garantit l’interopérabilité entre des produits d’origine différente sur le même bus AS-i ».
Le profil est un code numérique sur 4 digits : I/O, ID, ID1, ID2, rentré par construction dans l’esclave. Via les spécifications AS-i V2.0, V2.1 et maintenant V3.0, l’association AS-i Internationale a ajouté progressivement de nouveaux profils, rallongeant au fur et à mesure la liste des fonctionnalités supportées. Dans la version initiale d’AS-i V2.0, publiée en 1995, un maître AS-i ne savait échanger que 4 entrées/4 sorties avec des capteurs/actionneurs de type tout ou rien. Le nombre maximal d’esclave sur un réseau AS-i était alors limité à 31. Il fallut attendre 1999 et la version d’AS-i V2.1, pour voir les premières améliorations notables : de nouvelles possibilités d’adressage étendu, autorisant l’échange de 4 entrées/3 sorties avec 62 esclaves, mais également de nouvelles capacités de gestion de transactions combinées sur plusieurs cycles AS-i. Cela a notamment permis d’étendre le champ des données transmissibles aux valeurs analogiques, offrant par exemple la possibilité de faire remonter par esclave jusqu’à 4 valeurs de 16 bits d’entrées-sorties analogiques.
Les nouveautés d’AS-i V3.0
Dans la dernière version d’AS-i V3.0, de nouveaux profils ont été ajoutés, permettant à un maître AS-i de gérer de nombreux autres types de transactions combinées, par exemple : transmission de données full duplex (7.5), 4 entrées/4 sorties par nœud avec adressage étendu (7.A.7), 8 entrées/4 sorties avec adressage étendu (7.A.A), etc… Comme le souligne Eric Sabattier : « Bien que ces transactions combinées prennent plusieurs cycles AS-i, ils ne modifient en rien le temps de rafraîchissement des esclaves simples, qui restent avec un temps de réponse maximal de 5 ms pour une configuration à 31 esclaves sans adressage étendu, ou 10 ms pour une configuration à 62 esclaves avec adressage étendu ».
Autre nouveauté : la définition d’un profil spécifique pour le transfert de données série à 50 Bauds, particulièrement utile pour le paramétrage de capteurs ou d’actionneurs intelligents, et la remontée d’informations de diagnostic. Cela rend notamment possible l’implémentation de la technologie FDT/DTM pour les composants AS-i.
Signalons enfin qu’à côté du désormais légendaire câble plat jaune et noir, un câble simple à deux fils, similaire à un câble de haut parleur, a été défini pour le câblage d’AS-interface en armoire.
Cela va faire 10 ans que Mitsubishi a lancé la première version du réseau Melsec CC-Link (pour Control Command Link), un bus de terrain capable de traiter aussi bien les données d’E/S cycliques que les données acycliques, et permettant l’interconnexion de différents types d’équipements : des automates programmables aux robots industriels, en passant par les modules d’E/S décentralisées, les compteurs grande vitesse, les modules de positionnement, de mesure de température, les variateurs de fréquence, ou encore les composants émanant de sociétés tels que vannes, passerelles, lecteurs de codes barres, etc.
Développé à l’origine par Mitsubishi, CC-link est géré depuis l’an 2000 par l’association CLPA (CC-Link Partner Association), qui réunit à ce jour plus de 700 sociétés partenaires. Particulièrement populaire en Asie, CC-Link est utilisé dans le monde entier pour des applications à temps critique basées sur les technologies d’automatisation. Le nombre de produits compatibles CC-Link ne cesse d’augmenter. L’association CLPA estimait à 580 000 le nombre d’unités CC-link vendues pour l’année 2004, portant à 2 750 000 le nombre total de nœuds CC-Link vendu depuis 1997.
Afin de réduire davantage les coûts de câblage, notamment pour la connexion d’un faible nombre d’entrées-sorties, le CLPA a nommé en 2001 un groupe de travail chargé de développer une nouvelle solution, répondant en particulier aux besoins des OEM, constructeurs de machines et autres fournisseurs de systèmes de convoyage. Ces travaux ont donné naissance à la technologie CC-Link/LT, une sorte de version « allégée » de CC-Link, optimisée pour la communication d’entrées-sorties de très bas niveau.
Opérant à des vitesses moindres le réseau restreint la communication aux données d’entrées-sorties cycliques, au format bit uniquement. CC-Link/LT permet ainsi de réduire les coûts de connexion de systèmes digitaux très simples tels que voyants lumineux, capteurs de fin de courses, boutons poussoirs… au travers d’un seul et unique câble plat 4 fils à paire torsadée, délivrant aussi bien les données que l’alimentation en 24V des équipements connectés.
La technologie utilisée ne requiert aucune découpe ni aucun dénudage de câble, du fait de l’utilisation d’un dispositif de connexion IDC (Insulation Displacement Connectors). La connexion aux blocks d’entrées-sorties des équipements de terrain peut également être réalisée au travers de connecteurs IDC, éliminant ainsi le besoin de sertissage de cosses et le travail d’installation associé. Un réseau CC-Link peut s’étendre sur une distance allant jusqu’à 500 m à 156 kbps et accepte les topologies arborescentes ou linéaires. CC-Link/LT n’exige pas de programmation spécifique, le réseau est transparent pour l’utilisateur et les E/S apparaissent comme locales du point de vue du contrôleur. CC-Link/LT plutôt employé en tant que sous réseau, peut être intégré à tout réseau CC-Link via une passerelle.
Trois modes de fonctionnement sont disponibles : 4 points, 8 points ou 16 points, correspondant aux regroupements minimums de points d’entrées-sorties par module. Ces options permettent de limiter le nombre d’adresses non utilisées, par exemple lorsqu’un grand nombre de petits groupes d’entrées-sorties sont éparpillées sur un réseau CC-Link/LT. En mode 4 points, le temps de rafraîchissement des entrées-sorties atteint 1.2 ms pour 64 modules connectés, soit 256 entrées-sorties. En mode 16 points, le nombre d’entrées-sorties adressables monte à 1024 pour 64 modules connectés, avec un temps de rafraîchissement de 2 ms. La longueur maximale d’un segment varie entre 35 et 500 m en fonction du débit, celui-ci pouvant atteindre 2.5 Mbps.
Si vous pensiez que la dernière chose que pouvait avoir en tête l’ODVA était de développer un nouveau bus de terrain de bas niveau, et bien c’était sans compter sur la volonté de l’organisme de couvrir l’ensemble des besoins de communication industriels : du réseau de capteurs/actionneurs aux systèmes de gestion des informations d’usine, en passant par les couches du contrôle-commande.
Il est vrai qu’avec l’annonce récente de la promotion de Cisco au rang de membre fondateur* de l’association, on s’attendait peut-être davantage à ce qu’il y ait du mouvement du côté des « costards cravates », plutôt que du côté des « blouses bleues »… D’autant que l’ODVA possède déjà une technologie permettant la mise en réseau d’appareils de terrain basse tension tels que démarreurs, disjoncteurs, relais de protection, colonnes lumineuses, détecteurs de proximité ou photoélectriques, détecteurs de fin de course…. Il s’agit de DeviceNet, le réseau industriel basé sur la technologie CAN (Controller Area Network). Et à quoi peut-il donc bien servir ce réseau, si ce n’est à interconnecter des Devices (appareils en anglais) ? Si l’on s’en tient à la sémantique, nous avons là un argument tout à fait valable.
Toujours est-il que dans la pratique, DeviceNet est utilisé comme bus de terrain, au même titre que Profibus, et non pas en tant que bus de capteurs/actionneurs, dont un exemple archétypique est bien évidemment la technologie AS-Interface. Pour couvrir la totalité de la pyramide CIM avec les solutions de l’ODVA ou de PNU (Profibus Nutzerorganisation), l’utilisation de passerelles avec le monde AS-interface était donc jusque là monnaie courante. Qu’à cela ne tienne, l’ODVA ayant décidément à cœur de faire les choses proprement, a annoncé à la fin d’année 2005 le lancement d’un projet de développement d’une nouvelle technologie de bus de terrain de niveau capteurs/actionneurs. Celle-ci permettra la transmission rapide de paquets de données de faibles tailles entre contrôleurs, capteurs et actionneurs, au travers d’un media physique &ea
ute;conomique.
Destiné aux applications requérant la mise en œuvre d’un grand nombre de capteurs et d’actionneurs distribués, telles que machines d’assemblage ou systèmes de convoyage, le nouveau bus de terrain de l’ODVA entrera donc en concurrence directe avec AS-Interface. Soulignons qu’il disposera d’un avantage certain : celui de s’appuyer sur la même pile protocolaire CIP (Common Industrial Protocol) que les technologies DeviceNet, ControlNet et EtherNet/IP, dont l’ODVA estime à près de 10 millions le nombre de nœuds actuellement installés à travers le monde.
CIP pour tous
Rappelons que CIP est une technologie orientée objet couvrant les couches Session, Présentation et Application du modèle OSI. Pour l’utilisateur, cela se traduit par une transparence totale du type de réseau utilisé. Les développeurs d’application n’ont même pas à se soucier de la nature de réseau sur lequel sont connectés les équipements qu’ils programment. CIP définit également des profils d’équipements standards, qui identifient les objets, options de configuration et formats de données d’E/S pour différents types d’équipements. Les équipements possédant le même profil standard répondront aux mêmes commandes, et auront le même comportement sur le réseau.
Un autre élément caractéristique important des réseaux basés sur CIP est leur capacité à générer des messages à partir d’un réseau, puis à les transmettre vers un autre réseau de façon transparente. Cela signifie qu’un ensemble d’objets inclus dans la spécification de CIP défini les mécanismes peuvent être utilisés par un équipement de routage ou une passerelle pour pouvoir transmettre un message d’un port réseau vers un autre sans avoir besoin d’agir sur le contenu du message lui-même. Par conséquent, l’un des principaux éléments distinctifs du nouveau bus de terrain de l’ODVA devrait être sa capacité à atteindre de grandes vitesses pour la transmission de données de contrôle d’entrées-sorties, tout en restant capable d’échanger des messages explicites avec les couches de niveaux supérieurs.
Pour l’heure, l’ODVA a donné à sa nouvelle activité le nom de code « Project CipNet SA », en dévoilant tout de même que son bus de terrain serait basé sur une technologie développée à l’origine par l’un des membres fondateurs de l’ODVA, qui n’est autre qu’Omron Corporation. Ce dernier a d’ores et déjà accordé les droits nécessaires à l’ODVA pour la réalisation de l’adaptation de sa technologie. Un groupe d’intérêt spécial (SIG pour Special Interest Group) chargé du projet, réalise actuellement, sous l’autorité de l’ODVA, les travaux de spécification nécessaires (profils d’équipements, objets, architecture générale des réseaux …) pour ajouter cette nouvelle technologie à la famille des réseaux CIP. L’ODVA espère publier les spécifications de ce nouveau bus de terrain d’ici la fin du premier trimestre de l’année 2006.
Selon les premières informations dont nous disposons, le nom officiel du nouveau bus de terrain devrait être CompoNet. Celui-ci a été dévoilé en avant-première à l’occasion de l’évènement annuel organisé par l’ODVA, qui s’est tenu à Phoenix, en Arizona, du 21 au 23 février dernier.
Pour ce qui est des caractéristiques techniques, CompoNet pourrait s’étendre sur une distance maximale de 500 m (extensible jusqu’à 1500 m grâce à l’utilisation de deux répéteurs), pour une vitesse de transmission de 93,75 kbps. Le débit maximal serait de 4 Mbps, ce qui autoriserait en théorie des temps de cycles inférieurs à la microseconde. Une configuration typique serait : des branches d’une centaine de mètres de long pour un débit de 1,5 Mbps et des temps de cycle de 3 ms. En configuration maximale, ce seraient 1024 E/S qui devraient pouvoir être connectés, pour un maximum de 192 nœuds. Pour ce qui est de la topologie, le nouveau bus de terrain supporterait les structures arborescentes. Le support physique serait quant à lui un câble plat 4 fils à paires torsadées analogue aux câbles AS-i, avec système de connexion rapide IDC.
Image CIP.bmp : Vue d’ensemble des solutions réseau proposées par l’ODVA, partageant la même pile protocolaire CIP.
*soit dit en passant, le fait de pouvoir être promu en 2005 membre fondateur d’une association créée dix ans plus tôt est également pour nous une curiosité qui confine au mystère…
Les data sheet préliminaires de Supi 4 sont d’ores et déjà disponibles en anglais et en allemand. Le composant est compatible avec les versions antérieures Supi 2 et Supi 3. Il nécessite une configuration par le bais d’une EEPROM série externe. Le nouveau protocole Interbus sera disponible à la fin de l’année 2006, avec pour principales caractéristiques des capacités d’indentification, de paramétrage et de diagnostic des équipements améliorées, notamment au travers de Profinet. Pour répondre aux exigences toujours plus élevées des systèmes de contrôle, le Supi 4 permettra d’atteindre des vitesses de transmission plus élevées que ses prédécesseurs, jusqu’à 16 MPS, pour obtenir des temps de réponse très courts adaptés aux applications de positionnement ou de contrôle. Signalons que la vitesse de transmission sera désormais détectée et réglée automatiquement, sans aucune nécessité de préréglage. Au niveau de l’intégration, le Club Interbus promet plus de facilité et d’avantage d’économies. De nombreux composants, tels que les expansions de registres, ne seront désormais plus utilisés. Par ailleurs, de nouvelles caractéristiques comme l’utilisation d’une technologie d’alimentation 3.3V, ou encore l’intégration du protocole PCP pour la communication avec le processeur, permettront de réduire la surface occupée sur la carte de même que les coûts de développement et de fabrication associés.
j45p63
Les bus de terrain sont partout. Et au moment où tout le monde ne parle plus que d’Ethernet au travers ses différentes offres de communication pour le milieu industriel, les « bons vieux » bus de terrain rendent encore bien des services. Si Ethernet convient parfaitement à certaines applications, il ne faudrait peut-être pas enterrer trop vite leurs géniteurs. Ceux-ci continuent de se battre pied à pied sur le terrain, dans les ateliers de production.
C’est pourquoi, sans vouloir être exhaustif, il nous est apparu important de rassembler quelques-unes des dernières évolutions en la matière, avec notamment la pénétration des aspects de sécurité dans les bus de terrain, qu’il s’agisse de Sercos qui vient d’annoncer sa version Sercos Safety, ou des bus comme Asi-Safety et Interbus Safety qui en sont à leurs premiers retours d’expérience.
Autre champ de bataille, la hiérarchie entre bus de terrain. Un bus comme AS-Interface cantonné pendant longtemps aux bus de terrain de capteurs/actionneurs tout ou rien, après s’être ouvert dans un premier temps aux données analogiques vient chatouiller ses concurrents situés, pour la plupart, dans le niveau supérieur.
Pas de chance pour AS-Interface, ses derniers ne voient pas l’avenir aussi rose, et la contre attaque ne s’est pas fait attendre avec les annonces successives de CompoNet et de CC-Link/LT. Les gros poids lourds de la communication de terrain, donnent quelques bribes d’informations sur leurs versions « light », destinées à concurrencer AS-Interface.
Voici dans « l’ordre d’apparition » : CClink/LT, CompoNet, AS-interface V3, Sercos Safety et Interbus Supi4 et Safety
Nouveaux profils pour AS-interface
Depuis sa création, il y a un peu plus d’une dizaine d’années, la technologie AS-interface (abréviation d’Actuator-Sensor interface) a su s’imposer comme le standard de la communication au niveau des couches basses des architectures d’automatismes. Auparavant, les signaux issus des capteurs/actionneurs étaient généralement transmis aux modules d’entrées/sorties des automates par le biais d’importants faisceaux de câbles, chaque capteur ou actionneur étant relié aux modules par sa propre ligne. Le bus de terrain AS-i a permis de remplacer cet encombrant et coûteux amas de câbles parallèles, par une simple ligne bifilaire interconnectant tous les capteurs et actionneurs.
Comme tous les bus de terrain, AS-Interface peut être catégorisé suivant le modèle de référence ISO-OSI. Seules trois des sept couches du modèle sont implémentées : la couche Physique, traitant des aspects matériels relatifs à l’établissement et au maintient d’une liaison physique entre les diverses entités communicantes ; la couche Liaison de Données, qui défini le format, la sémantique et les règles d’échanges de messages sur le support physique ; et enfin la couche Application, qui stipule les commandes, contenus, séquences et comportements des stations, par exemple lors du remplacement d’un esclave alors que le système est en fonctionnement (Hot Swap ou Live Insertion).
Principes de base
Typiquement, un réseau AS-Interface est composé d’une station maître et de plusieurs équipements esclaves, interconnectés entre eux et échangeant des informations au travers d’un médium de transmission. Celui-ci est entièrement défini par le standard AS-i. En plus des données, il délivre la tension d’alimentation des capteurs et des circuits électroniques (24V DC), grâce à un bloc d’alimentation spécifique AS-i, permettant le découplage des données. Des points de dérivation peuvent être placés en tout endroit du réseau, ce qui permet la mise en œuvre de différents types d’architectures : arborescentes, linéaires, étoilées… La longueur totale maximale d’une ligne dans un réseau est de 100 m. D’autres équipements peuvent également être présents si nécessaire sur un réseau AS-i : des répéteurs, qui permettent d’étendre la longueur maximale du réseau jusqu’à 300 m, mais également des équipements fournissant des services complémentaires, tels que la détection et le diagnostic des défauts, l’attribution d’adresses aux esclaves, etc.
Image ASInterface.jpeg : Composition typique d’un réseau AS-Interface
Le maître AS-i assure la connexion avec le système hôte, qui peut être un API, un PC-Industriel ou une passerelle vers un bus de terrain de niveau plus élevé. Il est également responsable du contrôle du trafic sur le bus AS-i, et prend en charge les fonctions de management nécessaires. Notons que le standard AS-Interface ne définit les interfaces avec les niveaux 1 (niveau capteurs/actionneurs) et 3 (niveau contrôle) que de façon conceptuelle, leur implémentation étant laissée à la charge des constructeurs. La notion de Profil est utilisée pour obtenir une description plus précise des différents types d’esclaves, des fonctionnalités supportées et de la façon dont l’échange de données est effectué entre les Maitres et les esclaves AS-i. Comme le précise Eric Sabattier, Président de l’Association AS-i France : « Ces profils sont définis par l’association AS-i et sont communs à tous les fabricants, ce qui garantit l’interopérabilité entre des produits d’origine différente sur le même bus AS-i ».
Le profil est un code numérique sur 4 digits : I/O, ID, ID1, ID2, rentré par construction dans l’esclave. Via les spécifications AS-i V2.0, V2.1 et maintenant V3.0, l’association AS-i Internationale a ajouté progressivement de nouveaux profils, rallongeant au fur et à mesure la liste des fonctionnalités supportées. Dans la version initiale d’AS-i V2.0, publiée en 1995, un maître AS-i ne savait échanger que 4 entrées/4 sorties avec des capteurs/actionneurs de type tout ou rien. Le nombre maximal d’esclave sur un réseau AS-i était alors limité à 31. Il fallut attendre 1999 et la version d’AS-i V2.1, pour voir les premières améliorations notables : de nouvelles possibilités d’adressage étendu, autorisant l’échange de 4 entrées/3 sorties avec 62 esclaves, mais également de nouvelles capacités de gestion de transactions combinées sur plusieurs cycles AS-i. Cela a notamment permis d’étendre le champ des données transmissibles aux valeurs analogiques, offrant par exemple la possibilité de faire remonter par esclave jusqu’à 4 valeurs de 16 bits d’entrées-sorties analogiques.
Les nouveautés d’AS-i V3.0
Dans la dernière version d’AS-i V3.0, de nouveaux profils ont été ajoutés, permettant à un maître AS-i de gérer de nombreux autres types de transactions combinées, par exemple : transmission de données full duplex (7.5), 4 entrées/4 sorties par nœud avec adressage étendu (7.A.7), 8 entrées/4 sorties avec adressage étendu (7.A.A), etc… Comme le souligne Eric Sabattier : « Bien que ces transactions combinées prennent plusieurs cycles AS-i, ils ne modifient en rien le temps de rafraîchissement des esclaves simples, qui restent avec un temps de réponse maximal de 5 ms pour une configuration à 31 esclaves sans adressage étendu, ou 10 ms pour une configuration à 62 esclaves avec adressage étendu ».
Autre nouveauté : la définition d’un profil spécifique pour le transfert de données série à 50 Bauds, particulièrement utile pour le paramétrage de capteurs ou d’actionneurs intelligents, et la remontée d’informations de diagnostic. Cela rend notamment possible l’implémentation de la technologie FDT/DTM pour les composants AS-i.
Signalons enfin qu’à côté du désormais légendaire câble plat jaune et noir, un câble simple à deux fils, similaire à un câble de haut parleur, a été défini pour le câblage d’AS-interface en armoire.
Cela va faire 10 ans que Mitsubishi a lancé la première version du réseau Melsec CC-Link (pour Control Command Link), un bus de terrain capable de traiter aussi bien les données d’E/S cycliques que les données acycliques, et permettant l’interconnexion de différents types d’équipements : des automates programmables aux robots industriels, en passant par les modules d’E/S décentralisées, les compteurs grande vitesse, les modules de positionnement, de mesure de température, les variateurs de fréquence, ou encore les composants émanant de sociétés tels que vannes, passerelles, lecteurs de codes barres, etc.
Développé à l’origine par Mitsubishi, CC-link est géré depuis l’an 2000 par l’association CLPA (CC-Link Partner Association), qui réunit à ce jour plus de 700 sociétés partenaires. Particulièrement populaire en Asie, CC-Link est utilisé dans le monde entier pour des applications à temps critique basées sur les technologies d’automatisation. Le nombre de produits compatibles CC-Link ne cesse d’augmenter. L’association CLPA estimait à 580 000 le nombre d’unités CC-link vendues pour l’année 2004, portant à 2 750 000 le nombre total de nœuds CC-Link vendu depuis 1997.
Afin de réduire davantage les coûts de câblage, notamment pour la connexion d’un faible nombre d’entrées-sorties, le CLPA a nommé en 2001 un groupe de travail chargé de développer une nouvelle solution, répondant en particulier aux besoins des OEM, constructeurs de machines et autres fournisseurs de systèmes de convoyage. Ces travaux ont donné naissance à la technologie CC-Link/LT, une sorte de version « allégée » de CC-Link, optimisée pour la communication d’entrées-sorties de très bas niveau.
Opérant à des vitesses moindres le réseau restreint la communication aux données d’entrées-sorties cycliques, au format bit uniquement. CC-Link/LT permet ainsi de réduire les coûts de connexion de systèmes digitaux très simples tels que voyants lumineux, capteurs de fin de courses, boutons poussoirs… au travers d’un seul et unique câble plat 4 fils à paire torsadée, délivrant aussi bien les données que l’alimentation en 24V des équipements connectés.
La technologie utilisée ne requiert aucune découpe ni aucun dénudage de câble, du fait de l’utilisation d’un dispositif de connexion IDC (Insulation Displacement Connectors). La connexion aux blocks d’entrées-sorties des équipements de terrain peut également être réalisée au travers de connecteurs IDC, éliminant ainsi le besoin de sertissage de cosses et le travail d’installation associé. Un réseau CC-Link peut s’étendre sur une distance allant jusqu’à 500 m à 156 kbps et accepte les topologies arborescentes ou linéaires. CC-Link/LT n’exige pas de programmation spécifique, le réseau est transparent pour l’utilisateur et les E/S apparaissent comme locales du point de vue du contrôleur. CC-Link/LT plutôt employé en tant que sous réseau, peut être intégré à tout réseau CC-Link via une passerelle.
Trois modes de fonctionnement sont disponibles : 4 points, 8 points ou 16 points, correspondant aux regroupements minimums de points d’entrées-sorties par module. Ces options permettent de limiter le nombre d’adresses non utilisées, par exemple lorsqu’un grand nombre de petits groupes d’entrées-sorties sont éparpillées sur un réseau CC-Link/LT. En mode 4 points, le temps de rafraîchissement des entrées-sorties atteint 1.2 ms pour 64 modules connectés, soit 256 entrées-sorties. En mode 16 points, le nombre d’entrées-sorties adressables monte à 1024 pour 64 modules connectés, avec un temps de rafraîchissement de 2 ms. La longueur maximale d’un segment varie entre 35 et 500 m en fonction du débit, celui-ci pouvant atteindre 2.5 Mbps.
Si vous pensiez que la dernière chose que pouvait avoir en tête l’ODVA était de développer un nouveau bus de terrain de bas niveau, et bien c’était sans compter sur la volonté de l’organisme de couvrir l’ensemble des besoins de communication industriels : du réseau de capteurs/actionneurs aux systèmes de gestion des informations d’usine, en passant par les couches du contrôle-commande.
Il est vrai qu’avec l’annonce récente de la promotion de Cisco au rang de membre fondateur* de l’association, on s’attendait peut-être davantage à ce qu’il y ait du mouvement du côté des « costards cravates », plutôt que du côté des « blouses bleues »… D’autant que l’ODVA possède déjà une technologie permettant la mise en réseau d’appareils de terrain basse tension tels que démarreurs, disjoncteurs, relais de protection, colonnes lumineuses, détecteurs de proximité ou photoélectriques, détecteurs de fin de course…. Il s’agit de DeviceNet, le réseau industriel basé sur la technologie CAN (Controller Area Network). Et à quoi peut-il donc bien servir ce réseau, si ce n’est à interconnecter des Devices (appareils en anglais) ? Si l’on s’en tient à la sémantique, nous avons là un argument tout à fait valable.
Toujours est-il que dans la pratique, DeviceNet est utilisé comme bus de terrain, au même titre que Profibus, et non pas en tant que bus de capteurs/actionneurs, dont un exemple archétypique est bien évidemment la technologie AS-Interface. Pour couvrir la totalité de la pyramide CIM avec les solutions de l’ODVA ou de PNU (Profibus Nutzerorganisation), l’utilisation de passerelles avec le monde AS-interface était donc jusque là monnaie courante. Qu’à cela ne tienne, l’ODVA ayant décidément à cœur de faire les choses proprement, a annoncé à la fin d’année 2005 le lancement d’un projet de développement d’une nouvelle technologie de bus de terrain de niveau capteurs/actionneurs. Celle-ci permettra la transmission rapide de paquets de données de faibles tailles entre contrôleurs, capteurs et actionneurs, au travers d’un media physique &ea
ute;conomique.
Destiné aux applications requérant la mise en œuvre d’un grand nombre de capteurs et d’actionneurs distribués, telles que machines d’assemblage ou systèmes de convoyage, le nouveau bus de terrain de l’ODVA entrera donc en concurrence directe avec AS-Interface. Soulignons qu’il disposera d’un avantage certain : celui de s’appuyer sur la même pile protocolaire CIP (Common Industrial Protocol) que les technologies DeviceNet, ControlNet et EtherNet/IP, dont l’ODVA estime à près de 10 millions le nombre de nœuds actuellement installés à travers le monde.
CIP pour tous
Rappelons que CIP est une technologie orientée objet couvrant les couches Session, Présentation et Application du modèle OSI. Pour l’utilisateur, cela se traduit par une transparence totale du type de réseau utilisé. Les développeurs d’application n’ont même pas à se soucier de la nature de réseau sur lequel sont connectés les équipements qu’ils programment. CIP définit également des profils d’équipements standards, qui identifient les objets, options de configuration et formats de données d’E/S pour différents types d’équipements. Les équipements possédant le même profil standard répondront aux mêmes commandes, et auront le même comportement sur le réseau.
Un autre élément caractéristique important des réseaux basés sur CIP est leur capacité à générer des messages à partir d’un réseau, puis à les transmettre vers un autre réseau de façon transparente. Cela signifie qu’un ensemble d’objets inclus dans la spécification de CIP défini les mécanismes peuvent être utilisés par un équipement de routage ou une passerelle pour pouvoir transmettre un message d’un port réseau vers un autre sans avoir besoin d’agir sur le contenu du message lui-même. Par conséquent, l’un des principaux éléments distinctifs du nouveau bus de terrain de l’ODVA devrait être sa capacité à atteindre de grandes vitesses pour la transmission de données de contrôle d’entrées-sorties, tout en restant capable d’échanger des messages explicites avec les couches de niveaux supérieurs.
Pour l’heure, l’ODVA a donné à sa nouvelle activité le nom de code « Project CipNet SA », en dévoilant tout de même que son bus de terrain serait basé sur une technologie développée à l’origine par l’un des membres fondateurs de l’ODVA, qui n’est autre qu’Omron Corporation. Ce dernier a d’ores et déjà accordé les droits nécessaires à l’ODVA pour la réalisation de l’adaptation de sa technologie. Un groupe d’intérêt spécial (SIG pour Special Interest Group) chargé du projet, réalise actuellement, sous l’autorité de l’ODVA, les travaux de spécification nécessaires (profils d’équipements, objets, architecture générale des réseaux …) pour ajouter cette nouvelle technologie à la famille des réseaux CIP. L’ODVA espère publier les spécifications de ce nouveau bus de terrain d’ici la fin du premier trimestre de l’année 2006.
Selon les premières informations dont nous disposons, le nom officiel du nouveau bus de terrain devrait être CompoNet. Celui-ci a été dévoilé en avant-première à l’occasion de l’évènement annuel organisé par l’ODVA, qui s’est tenu à Phoenix, en Arizona, du 21 au 23 février dernier.
Pour ce qui est des caractéristiques techniques, CompoNet pourrait s’étendre sur une distance maximale de 500 m (extensible jusqu’à 1500 m grâce à l’utilisation de deux répéteurs), pour une vitesse de transmission de 93,75 kbps. Le débit maximal serait de 4 Mbps, ce qui autoriserait en théorie des temps de cycles inférieurs à la microseconde. Une configuration typique serait : des branches d’une centaine de mètres de long pour un débit de 1,5 Mbps et des temps de cycle de 3 ms. En configuration maximale, ce seraient 1024 E/S qui devraient pouvoir être connectés, pour un maximum de 192 nœuds. Pour ce qui est de la topologie, le nouveau bus de terrain supporterait les structures arborescentes. Le support physique serait quant à lui un câble plat 4 fils à paires torsadées analogue aux câbles AS-i, avec système de connexion rapide IDC.
Image CIP.bmp : Vue d’ensemble des solutions réseau proposées par l’ODVA, partageant la même pile protocolaire CIP.
*soit dit en passant, le fait de pouvoir être promu en 2005 membre fondateur d’une association créée dix ans plus tôt est également pour nous une curiosité qui confine au mystère…
Les data sheet préliminaires de Supi 4 sont d’ores et déjà disponibles en anglais et en allemand. Le composant est compatible avec les versions antérieures Supi 2 et Supi 3. Il nécessite une configuration par le bais d’une EEPROM série externe. Le nouveau protocole Interbus sera disponible à la fin de l’année 2006, avec pour principales caractéristiques des capacités d’indentification, de paramétrage et de diagnostic des équipements améliorées, notamment au travers de Profinet. Pour répondre aux exigences toujours plus élevées des systèmes de contrôle, le Supi 4 permettra d’atteindre des vitesses de transmission plus élevées que ses prédécesseurs, jusqu’à 16 MPS, pour obtenir des temps de réponse très courts adaptés aux applications de positionnement ou de contrôle. Signalons que la vitesse de transmission sera désormais détectée et réglée automatiquement, sans aucune nécessité de préréglage. Au niveau de l’intégration, le Club Interbus promet plus de facilité et d’avantage d’économies. De nombreux composants, tels que les expansions de registres, ne seront désormais plus utilisés. Par ailleurs, de nouvelles caractéristiques comme l’utilisation d’une technologie d’alimentation 3.3V, ou encore l’intégration du protocole PCP pour la communication avec le processeur, permettront de réduire la surface occupée sur la carte de même que les coûts de développement et de fabrication associés.
