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									                                 Royaume du Maroc


                                  OFFICE DE LA FORMATION PROFESSIONNELLE ET DE LA PROMOTION DU TRAVAIL


                                  10. LES RÉSEAUX D'API

10.1 Introduction                                                                                                                    10-1
       10.1.1 Avant propos ...................................................................................................... 10-1
       10.1.2 Pourquoi un réseau ? .......................................................................................... 10-1
       10.1.3 Historique ........................................................................................................... 10-1

10.2 Le modèle OSI                                                                                                        10-2
       10.2.1 Historique du modèle OSI .................................................................................. 10-2
       10.2.2 Analyse sommaire et générale du modèle OSI ................................................... 10-2
       10.2.3 Description des 7 couches du modèle OSI ......................................................... 10-5

10.3 Le modèle OSI appliqué aux automates                                                                                     10-6
       10.3.1 La couche physique ............................................................................................ 10-6
       10.3.2 La couche de liaison .......................................................................................... 10-6

10.4 Réseau DH-485 (Allen-Bradley)                                                                                              10-7
       10.4.1 La couche réseau ................................................................................................ 10-7
       10.4.2 La couche application ......................................................................................... 10-7

10.5 Considérations quant à l’organisation d’un réseau DH-485                                                       10-10
       10.5.1 Considération concernant le matériel ............................................................... 10-10
       10.5.2 Considération concernant le logiciel ................................................................ 10-11
                                                                        Automatismes Séquentiels



10.    Les réseaux d'API
10.1 Introduction
10.1.1 Avant propos
Cette section n’est pas un substitut à un cours sur les réseaux locaux. En effet, les lignes qui
suivent ne font que présenter et introduire les API dans le contexte de l’inter-connexion en un
réseau local.
10.1.2 Pourquoi un réseau ?
L’expérience prouve qu’il est préférable de monter un API par équipement ou par partie
indépendante afin d’améliorer les performances, et surtout, de faciliter la maintenance et la mise
au point de l’installation.
Le fait d’utiliser plusieurs API de petites tailles permet de mieux gérer les pannes. Là où un API
de taille importante immobilise toute la production, un automate modulaire empêche uniquement
une section du procédé de fonctionner normalement.
Cette logique de répartition des équipements a comme conséquence le développement des
réseaux d’API. Ces réseaux permettent d’assumer la cohérence entre les processus, en plus de
s’adapter aux problèmes de l’unité de production.
10.1.3 Historique
Le premier réseau local de contrôle, le TDC 2000, a été introduit par la compagnie Honeywell en
1976. D’autre compagnies emboîtent le pas telles Baileys Controls, Foxboro, Modicon, GE
Fanuc, Siemens, Omron, etc. À défaut de standards préétablis, chaque constructeur introduit son
protocole, ce qui rend incompatibles les API de compagnies différentes.
Pour sa part, le réseau DH-485 de Allen-Bradley est conçu pour échanger des données entre les
équipements du processus de production. Le réseau contrôle les paramètres du processus, les
paramètres des équipements, l’état des stations et du processus, et les programmes d’application
pour gérer l’acquisition des données, la visualisation des données, le chargement/transfert de
programme et la supervision.
Le réseau de communication DH-485 offre:
            32 points de connexion;
            des ressources multimaîtres;
            le contrôle d’accès par passage de jeton;
            la possibilité d’ajouter ou de supprimer des stations sans perturber le réseau;
            un réseau de 1219 mètres au maximum.
Un peu plus loin dans ce document, nous étudierons ce réseau. Les éléments qui s’y retrouvent
peuvent s’appliquer à la majorité des réseaux industriels.




Les réseaux d'API                           Page 10-1
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10.2 Le modèle OSI
10.2.1 Historique du modèle OSI
Vers la fin des années 70, afin de résoudre les problèmes d'interconnections de la
téléinformatique1 existante et à venir, l’ISO « International Standards Organization » a proposé
le modèle OSI « Open Systems Interconnection ». Le document ISO 7498 décrit ce modèle. Le
CCITT « Comité consultatif international pour le télégraphe et le téléphone », ayant participé à
l’élaboration d’un modèle similaire à celui proposé par l’ISO, adopta finalement celui-ci; il en
résultat l’avis X.200.
10.2.2 Analyse sommaire et générale du modèle OSI
Le modèle OSI propose la structuration d’un système en 7 couches distinctes. La figure 10-1
présente les sept couches dont il est question pour un système composé d’éléments logiciels et
matériels.
                                                             Système
Le modèle OSI définie un système par:
Un ensemble d’un ou plusieurs ordinateurs,                                Application
périphériques, terminaux, usagers, etc. qui forment
un tout autonome ayant la capacité de traiter et/ou                       Présentation
de transférer et/ou de recevoir des données. Dans
ce modèle, la couche physique constitue le lien                             Session
avec le monde extérieur alors que la couche                                                           Logiciel
application est voisine du logiciel utilisé par                            Transport
l’usager.
La structuration en couches est une technique                     Réseau
permettant de décomposer en unités plus simples
cet ensemble d’éléments très complexe qu’est un                   Liaison
système ou réseau informatique. L’objectif du                                                    Matériel
modèle OSI est de tenter de résoudre tous les                    Physique
problèmes       de communication entre les
                                                           F I G U R E 10- 1 : L E S C O U C H E S O SI
équipements informatiques dans le cadre de
système ouvert, c’est-à-dire pouvant communiquer
avec le monde extérieur vers d’autres systèmes. La norme OSI établit des règles au niveau des
différents traitements que l'information doit subir pour être transmise d'un système informatique
à un autre en passant par un réseau de transmission par paquets.
Il est à noter que ce modèle n'est toujours pas respecté par la totalité des fabricants des différents
produits matériels et logiciels. De plus, le modèle OSI subit à l'occasion des améliorations par
diverses révisions. Ce modèle de structuration en couche demeure donc un idéal à atteindre et
non une réalité.
Cette approche offre deux avantages majeurs. Le premier est la facilité avec laquelle un système
existant peut être modifié s'il respecte en tout point le modèle OSI. Dans le cas où une nouvelle
technologie correspondante à l’une des 7 couches du modèle devient disponible, celle-ci peu
s'insérer dans un système existant sans problème pourvu qu'elle respecte les protocoles et règles
d'interfaces déjà établis dans ce système.


1
    Informatique faisant appel à des moyens de transmission à distance.


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Le deuxième avantage est la diversité des éléments matériels ou logiciels pouvant être utilisés.
En effet, deux systèmes étant constitués d’éléments matériels et logiciels provenant de fabricants
différents peuvent communiquer de façon fiable et sans difficulté pourvu que chacun des
éléments des différents niveaux respectent les mêmes protocoles de communication et les
mêmes formats de données. Ces deux avantages rendent plus aisée l’insertion de composant
ayant les mêmes fonctions, mais provenant de fabricants différents.

             Système A                            Protocole                               Système B

             Application                                                                 Application
                                                             Inte rface
             Présentation                                                                Présentation

               Session                                                                      Session

              Transport                                                                    Transport

                 Réseau                                                                     Réseau

                 Liaison                                                                    Liaison

              Physique                                                                     Physique


                                Médium utilisé pour la transmission
        FIGURE   10- 2 : D E U X S Y S T È M E S D I S T I N C T S R E P R É S E N T É S P AR L E M O D È L E O SI

La figure 10-2 présente deux systèmes reliés physiquement par un médium quelconque. Dans ce
scénario, le médium, qui constitue la connexion physique existant entre le système A et le
système B, est représenté par le trait gras. Il peut s’agir d’un câble torsadé, d’un «coax», d’une
fibre optique, d’un signal micro-onde ou de tout autre moyen permettant de véhiculer de
l’information.
L’information, qui doit être expédiée à l’extérieur du système A, passe de façon successive de la
couche supérieure (Application) vers la couche inférieure (Physique). Dans ce déplacement,
l’information subit différents traitements. Les liens, qui relient les différentes couches d’un
système donné, sont nommés interfaces. Une interface est un ensemble de règle s’appliquant à la
communication physique entre deux couches adjacentes et non similaires. Ces interfaces sont
bidirectionnelles et elles sont représentées par les flèches verticales entre les couches.
Chaque couche du système A communique avec une couche de même niveau dans un système B
en respectant un protocole bien déterminé. Un protocole est un ensemble de règle s’appliquant à
la communication virtuelle entre des processus similaires. Le protocole de la communication
existante entre deux couches identiques des systèmes séparés physiquement est représenté par les
flèches horizontales en pointillé. Il s’agit de communications virtuelles, car chaque couche, à
l’exception de la couche physique, a besoin des couches inférieures de son système pour accéder
au monde extérieur et pour atteindre la couche appartenant au système destination.




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La figure 10-3 montre deux logiciels échangeant des données. Les flèches montrent le chemin
que doivent emprunter les données transmises du logiciel X si elles sont acheminées vers le
logiciel Y. Dans le système A, le logiciel X est à l'origine des données qui doivent être
transmises vers le logiciel Y. Ces données sont transférées du logiciel X vers la couche
application. Ainsi, la couche application reçoit les données du logiciel X et effectue un
traitement en ajoutant une en-tête contenant certaines informations, représentées par la lettre A.
Cette en-tête fait partie d'un protocole existant entre les couches applications des systèmes A et
B. Une fois ce traitement terminé, les données résultantes sont acheminées vers la couche
présentation.
La couche présentation reçoit donc l’information de la couche application, qui contient les
données d’origine et l’entête de la couche application, et lui ajoute une nouvelle en-tête
correspondant au protocole établi entre les couches «présentation» des systèmes A et B. Les 6
couches supérieures du système A effectuent, à tour de rôle, le transfert des donnés vers une
couche inférieure.
La couche physique du système A reçoit donc les données accompagnées de l’en-tête des 6
couches précédantes et transmet celles-ci vers le système B. L'information ainsi générée est
reçue par la couche physique du système B. Le paquet effectue alors le chemin inverse à sa
construction et effectue, étape par étape, son retour vers la couche application du système B.
Lorsque les données ont récupéré leur format d’origine, elles sont rendues disponibles pour le
logiciel Y.


               Logiciel X                                             Données               Logiciel Y

                Système A                                                                   Système B

               Application                                        A   Données              Application

               Présentation                                   P   A   Données              Présentation

                  Session                                 S   P   A   Données                 Session

                Transport                             T   S   P   A   Données               Transport

                  Réseau                          R   T   S   P   A   Données                 Réseau

                  Liaison                     L   R   T   S   P   A   Données   L             Liaison

                 Physique                                     Bits                           Physique



FIGURE   10- 3 : R E P R É S E N T AT I O N D U T R AV AI L E F F E C T U É P AR L E S 7 C O U C H E S D U M O D È L E O SI




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10.2.3 Description des 7 couches du modèle OSI
Voici une brève description du rôle des différentes couches du modèle OSI.
Couche 7: Application
Coder et décoder les données.
Permettre l'identification des ordinateurs communicants.
Fournir le service approprié à l'application en cours.
Couche 6: Présentation
Mettre en forme des données.
Compresser et décompresser des données.
Crypter et décrypter des données.
Couche 5: Session
Débuter et terminer la communication.
Gérer les options selon le mode de transmission (duplex, semi-duplex).
Couche 4: Transport
Diviser les données en segments.
Assurer l'intégrité de la transmission des données entre le transmetteur et le récepteur.
Couche 3: Réseau
Diviser les segments de données en paquets.
Déterminer les routes à suivre pour les paquets.
Couche 2: Liaison
Adresser les paquets et les insérer dans des trames.
Assurer le transfert et la réception sans erreur des trames sous forme de trains d'ondes binaires.
Couche 1: Physique
Convertir les bits à transmettre en transitions électriques ou optiques sur le médium approprié.
Encoder le signal avec une amplitude en tension ou une intensité en courant contrôlée.
Mesurer la dimension, la forme et brocher les connecteurs.




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10.3 Le modèle OSI appliqué aux automates
L’architecture de communication des automates programmables de la gamme TSX série 7 de
Télémécanique est conforme à la norme OSI. Voici la représentation des sept couches utilisant
comme exemple les divers équipements de la compagnie Télémécanique.


     7    Application                                     COM                             MPS
                                                         UNI-TE
     6    Présentation                                      
     5    Session                                           
     4    Transport                                         
     3    Réseau                                    Adressage X-WAY
     2    Liaison        UNI-TELWAY      TELWAY         ISO 8802-2/4    ISO 8802-2/3        FIP

     1    Physique         RS 485        Dif-10V         ISO 8802-4     ISO 8802-3          FIP
                          9,6k bits/s   19,2 k bits/s   CB 5 M bits/s    10 m bits/s     1 M bits/s
                         UNI-TELWAY      TELWAY          MAPWAY          ETHWAY        FIPIO/FIPWAY



10.3.1 La couche physique
Elle permet la transmission physique de signaux d’information entre 2 systèmes à travers un
médium.
            UNI-TELWAY est un bus isolé répondant à la norme RS 485 avec un débit
              standard de 9,6 k bits/s;
            ETHWAY conforme à la norme ISO 8802-3 est un bus bande de base 10 M bits/s;
            le réseau DH-485 de Allen-Bradley utilise le standard RS 485 avec un débit de
              19,2 k bits/s.
10.3.2 La couche de liaison
Elle assure le transfert de données organisées entre deux systèmes adjacents avec une détection
de correction d’erreurs.
             UNI-TELWAY utilise un maître fixe qui gère l’accès au bus multi-points;
             ETHWAY est conforme aux normes ISO 8802-2/8802-3 du bus CSMA/CD
               (Carrier Sense Multiple Acces with Collision Detection) plus connu sous le nom
               d’ETHERNET;
             LE DH-485 utilise des ressources multimaîtres avec l’accès par passage de jeton.




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10.4 Réseau DH-485 (Allen-Bradley)
Pour que le microprocesseur de l’API puisse communiquer avec le réseau, il faut établir un
protocole de liaison ainsi qu’une interface de connexion. La communication nécessite toujours
une réciprocité au niveau du langage. Ainsi, deux personnes désireuses de communiquer doivent
parler la même langue ou passer par un interprète. Dans la plupart des applications électroniques,
la deuxième solution est adoptée. Pour cette raison, les API nécessitent une carte d’interface ou
un coupleur de liaison afin de communiquer inter-réseau.




                FIGURE   10- 4 : C O U P L E U R D E L I AI S O N 1747- AIC P O U R DH- 485

Dans le cas du réseau DH-485, le coupleur de liaison isolé 1747-AIC sert à connecter des
appareils de la famille SLC 500 tel que représenté à la figure 10-4. Ce coupleur possède un
boîtier amovible à 6 positions pour la connexion au câble de communication du DH-485.
Pour protéger les appareils connectés, le coupleur offre une isolation électrique de 1500Vcc
entre le câble de communication et ses automates SLC 500 et appareils périphériques. Le câble
permet une distance comprise entre 1,8 mètre et 1219 mètres. Que l’ordinateur personnel
permettant de programmer se trouve à 6 pieds de l’automate ou dans le bureau de l’ingénieur à
plus de 1000 mètre de l’automate, cela ne fait aucune différence.
10.4.1 La couche réseau
Elle assure le routage des informations et le choix d’un chemin entre deux équipements. Le
mécanisme d’adressage permet l’acheminement des données entre les produits et assure le
routage automatique des messages d’une manière totalement transparente.
10.4.2 La couche application
Elle concerne les programmes d’applications avec leurs conventions d’échange et de
coopération. Parmi cette couche, on retrouve tous les programmes permettant la gérance et la
supervision, utilisant les points d’entrées/sorties numériques et analogiques des automates
programmables. Ces logiciels sont multiples et, selon leur complexité, ils peuvent demander des
équipements ordinés de plus grande envergure que des simples ordinateurs portables. Certains de
ces logiciels nécessiteront des «minis» ou «Main-Frame» pour gérer une pleine chaîne de
montage.




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                    FIGURE   10- 5 : E X E M P L E D E R É S E AU DH- 485




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10.5 Considérations quant à l’organisation d’un réseau DH-485
Un réseau doit être configuré avec soin. En prenant l’exemple d’un réseau DH-485 de Allen-
Bradley, voici quelques éléments à considérer:
            les interférences électriques, la température et l’humidité dans l’environnement du
               réseau;
            le nombre de points de connexion sur le réseau;
            la connexion et la qualité de la mise à la terre de l’installation;
            la densité des échanges sur le réseau;
            le type de processus contrôlé;
            la configuration du réseau.
10.5.1 Considération concernant le matériel
Vous devez calculer la longueur nécessaire de câble de communication, l’acheminement du
câble et considérer la protection de l’environnement dans lequel il sera installé.
Une fois le câble installé, vous devez connaître le nombre de points de connexion dont vous avez
besoin.
Nombre de points de connexion et longueur du câble de communication
Vous devez installer un coupleur de liaison (1747-AIC) pour chaque station du réseau. Si vous
avez l’intention d’ajouter des stations, prévoyez d’autres coupleurs lors de l’installation.
La longueur maximale du câble est de 1219 m. C’est la distance totale entre la première et la
dernière station du réseau.
Prévision de l’acheminement des câbles
Suivez ces recommandations pour vous aider à protéger le câble de communication des
interférences électriques.
             Si le câble traverse des lignes d’alimentation électrique, il doit le faire à angle
               droit par rapport aux lignes.
             Le câble de communication doit passer à au moins 30 cm d’une ligne 120Vca, 60
               cm d’une ligne 240Vca et 90 cm d’une ligne 380Vca ou plus.
             Le câble doit passer à au moins 30 cm de tout moteur électrique, transformateur,
               redresseur, générateur, poste de soudure à arc, four à induction ou source
               d’énergie micro-ondes.


Acheminez le câble dans une conduite pour lui assurer une protection supplémentaire contre les
dommages physiques et les interférences électriques.
           Utilisez une conduite ferromagnétique à proximité des sources critiques
             d’interférences électriques. Pour les autres zones, moins critiques, vous pouvez
             utiliser des conduites d’aluminium.
           Utilisez des coupleurs plastiques pour connecter les conduites entre elles.
           Effectuez correctement les mises à la terre.
           La conduite ne doit contenir que des câbles de communication série.




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10.5.2 Considération concernant le logiciel
Le logiciel comprend la configuration du réseau et les paramètres qui peuvent être définis selon
les impératifs spécifiques du réseau. Les facteurs importants concernant la configuration, qui ont
un effet majeur sur le fonctionnement du réseau, sont les suivants:
 le nombre de stations connectées au réseau;
 l’adresse de ces stations;
 la vitesse de transmission;
 le choix de la dernière adresse de station (adressage maximal);
 le 5/03 seulement, facteur d’interruption du jeton.


Nombre de stations
Le nombre de stations sur le réseau affecte directement le temps de transfert des données entre
les stations. Les stations superflus (un second terminal de programmation) ralentissent la vitesse
de transmission. Le nombre maximal de stations est de 32.
Définition des adresses de stations
Pour un fonctionnement optimal du réseau, les adresses de stations doivent commencer par 0 et
être affectées selon un ordre séquentiel. L’adresse des stations par défaut d’un processeur est 1.
Les adresses de stations sont enregistrées dans le fichier d’état du processeur (S:15L). 0 n’est
pas une adresse de station valide. Par ailleurs, les initiateurs, tels les ordinateurs personnels,
doivent être affectés aux numéros les plus bas pour limiter le temps d’initialisation du réseau.
Réglage de la vitesse de transmission du processeur
Pour un fonctionnement optimal du réseau, la vitesse de transmission du réseau doit être aussi
élevée que possible, soit 19200 bauds. Tous les appareils doivent fonctionner avec la même
vitesse de transmission. La vitesse de transmission est enregistrée dans le fichier d’état du
processeur (S15:H).
Adresse de la dernière station
Le paramètre «adresse maximal» doit être défini aussi bas que possible. Si le nombre de stations
est minimisé par une configuration adéquate de la dernière adresse, le jeton prendra moins de
temps à parcourir les diverses stations et améliorera ainsi la performance du réseau.




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