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7- La mise en œuvre des produits 7-5- Les bus de communication Les équipements modernes utilisent massivement les bus de communication. Cette technique permet de réduire les coûts de câblage, de réaliser des fonctions sophistiquées et d’améliorer la sécurité de fonctionnement. Le contrôle de mouvement fait souvent appel à plusieurs axes qu’il s’agit de synchroniser pour réaliser une trajectoire ou un positionnement bien précis. La consigne de position étant rafraîchie, habituellement, toutes les 250 µs, le bus de communication devra avoir la possibilité d’adresser des messages à l’ensemble des axes dans cet intervalle de temps. Pour un temps de cycle donné, le nombre d’adresses est donc forcément limité. Les bus doivent répondre aux impératifs suivants : ■■besoin de services de synchronisation pour synchroniser toutes les stations de commande ou d’entraînement du système sur une base de temps commune avec une précision inférieure à la microseconde (jitter < 1µs). ■■besoin d’une bande passante et puissance de traitement des paquets suffisante pour garantir l’échange ponctuel des données cycliques entre les nombreuses stations de commande ou d’entraînement à des fréquences de rafraîchissement inférieures à la milliseconde. ■■besoin de fournir une interface commune à la grande variété des appareils de commande de mouvement actuels, aussi bien pour des simples variateurs de fréquence U/f que pour des variateurs à contrôle vectoriel de flux. Le bus de communication doit également être déterministe pour éviter qu’une information non prioritaire circule intempestivement sur le réseau. Le coût du point de connexion est également un critère important. Les constructeurs proposent plusieurs solutions qui répondent à cette demande, en fonction du nombre d’adresses à gérer. Offres de bus de communication pour contrôle de mouvement Les bus de communication motion sont en nombre restreint. Ces bus reposent sur des technologies fortement implantées dans l’industrie comme le bus CANopen, le bus de communication Sercos ou Ethernet. Outre les capacités offertes par Ethernet, l’adoption de la technologie de raccordement propre à cette technologie de communication, largement diffusée, permet de réduire notablement le coût des connexions. Dans son principe, le protocole Ethernet n’est pas déterministe et n’est donc pas directement utilisable. Les constructeurs ont donc imaginé des variantes qui contournent cette caractéristique. Nous allons dans les lignes qui suivent décrire brièvement les bus les plus répandus offerts par les fabricants de dispositifs de contrôle de mouvement. Pour le lecteur désirant approfondir ses connaissances, les catalogues des fabricants donnent des informations détaillées sur les caractéristiques physiques et électriques ainsi que la structure des télégrammes échangés. Bus Profidrive http://www.profibus.com/pb/profibus/ drives/ Ce bus de communication est utilisé pour connecter des variateurs d’une machine ou d’une installation en utilisant le protocole de communication Profibus ou Profinet, ce qui permet l’interopérabilité de variateurs de fournisseurs différents. Le bus Profidrive recourt à la communication temps réel isochrone (IRT) sur base matérielle. La communication IRT permet d’atteindre un temps de cycle de 250 μs avec une gigue (jitter) inférieure à 1 μs. Pour ce faire, par le biais d’une réservation de bande passante, le cycle de communication est subdivisé en une partie déterministe et une partie ouverte et imposée aux autres stations sur le réseau par le biais d’un maître de synchronisation. Les deux transmissions coexistent sans se gêner. Ce traitement fiable des processus rapides est dû au fait que les appareils supportant la communication IRT garantissent des temps d’exécution réduits. Bus CANopen dédié motion http://www.canopensolutions.com/index.html Ce bus de communication offre un débit de 1Mb/s et la possibilité de connecter 8 servovariateurs. Le cycle réseau assure la mise à jour des consignes de positions afin de garantir la synchronisation des axes. CAN est un bus série basé sur un modèle publication-souscription utilisant une architecture de type “broadcast”. L’expéditeur (éditeur) émet le message accompagné d’un identifiant sur le bus. Chaque servovariateur surveille le trafic sur le bus. Si le message lui est destiné, il va alors le lire et le traiter. Un servovariateur peut déclencher l’envoi d’un message à partir d’une demande de transmission distante. 90 Le présent document est la propriété des entreprises qui ont contribué à sa rédaction et du GIMELEC. Il est protégé par le droit d’auteur. Il ne peut être reproduit , modifié, diffusé, exploité sans l’autorisation écrite des propriétaires.
7- La mise en œuvre des produits 7-5- Les bus de communication Bus de communication Ethernet Powerlink http://www.ethernet-powerlink.org/ Ethernet Powerlink (EPL) est un réseau Ethernet temps réel dont un des atouts est de pouvoir utiliser des produits Ethernet tout à fait standards et, autre point fort, il intègre la couche application de CANopen. Le comportement déterministe est obtenu en interrogeant cycliquement tous les noeuds connectés au réseau. Le cycle se compose d’une phase isochrone et d’une phase asynchrone. Dans le domaine temps réel, l’exécution du cycle est contrôlée par le noeud gestionnaire du réseau (Managing Node). C’est lui qui permet l’accès au médium en émettant des messages spécifiques. Ainsi, un seul et unique noeud accède au réseau et tout risque de collision est écarté. La logique d’accès dite CSMA/CD, à l’origine du comportement non déterministe d’Ethernet, ne rentre donc pas en ligne de compte lors du fonctionnement normal d’Ethernet Powerlink. Parmi les caractéristiques d’Ethernet Powerlink, trois sont plus particulièrement importantes : ■■transmission garantie des données critiques dans le temps, au cours de cycles isochrones très courts et dans un temps configurable, ■■synchronisation dans le temps de tous les noeuds du réseau avec une très grande précision (moins d’une microseconde), ■■transmission des données moins critiques dans la tranche asynchrone réservée à cet effet. À l’heure actuelle, Ethernet Powerlink permet d’atteindre des temps de cycle inférieurs à 200 μs, ainsi qu’un «jitter» inférieur à 1 μs. Bus de communication Sercos http://www. sercos.org/ Le bus Sercos (SErial Real-time COmmunications System) est le premier à avoir été utilisé en contrôle de mouvement, car développé spécifiquement pour cette application. La première version a été introduite en 1987 avec une vitesse de transmission de 4 Mbt/s et un temps de cycle de 62,5 µs. Une évolution a vu le jour en 1999 avec une vitesse de transmission portée à 16 Mbits/s. Le médium physique utilisé par Serco I et Sercos II est la fibre optique. La seule configuration possible est la configuration en anneau. En 2005 est apparu Sercos III qui supporte le protocole Ethernet. La vitesse de transmissions est portée à 100 Mbits/s, le temps de cycle minimum est de 31,25 µs. La disposition en anneau est offerte, mais une configuration en ligne est également possible. Le médium peut être une fibre optique pour Sercos II, le câble Ethernet industriel pour Sercos III Sercos III combine la communication en temps réel pour le Motion Control, les entrées/sorties, les fonctions sécurisées et, sur un autre canal, les trames Ethernet basées sur les protocoles TCP/IP. Ceci permet de transférer des télégrammes provenant d’un réseau usine sans détériorer le débit du système (100 Mbits /s). En faisant appel à la technologie Ethernet et à une configuration full duplex en anneau, on augmente la sécurité, car en cas de défaillance d’un des esclaves ou du réseau, le fonctionnement est encore assuré et un dépannage possible sans arrêter l’équipement. Bus de communication EtherCat http://www. ethercat.org/ EtherCat est le nom d’une technologie de bus de terrain basée sur Ethernet, soutenue par une organisation internationale baptisée EtherCat Technology Group, composée de plus de 140 sociétés membres, utilisateurs et constructeurs. EtherCat, qui a été reconnu comme standard de communication par l’IEC en septembre 2007, supporte les protocoles Sercos et CANopen. EtherCat est une technologie temps réel où les paquets Ethernet ne sont désormais plus reçus, interprétés et stockés au niveau de chaque équipement. Les esclaves EtherCat lisent et écrivent les données durant le passage de la trame à l’intérieur du noeud et ils ne lisent que celles qui leur sont spécifiquement adressées. Les trames subissent ainsi des retards de l’ordre de quelques nanosecondes seulement. Grâce au mode full duplex intégral, 100 axes sont contrôlés en 100 µs. Durant ce laps de temps, tous les axes reçoivent des valeurs de commande et de contrôle et renvoient leur position ainsi que des informations concernant leur état de fonctionnement. Ethernet/IP et CIP Motion http://odva.org/default. aspx Compte tenu des besoins d’une application motion control et des caractéristiques du réseau Ethernet, le déterminisme est généralement obtenu avec des modifications au niveau des couches basses du réseau Ethernet et/ou l’utilisation de Le présent document est la propriété des entreprises qui ont contribué à sa rédaction et du GIMELEC. Il est protégé par le droit d’auteur. Il ne peut être reproduit , modifié, diffusé, exploité sans l’autorisation écrite des propriétaires. 91
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Édition 2- 2012
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Sommaire 1- Préface1 2- Introducti
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1- Préface Le «Motion Control» o
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2- Introduction Historique La comma
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2- Introduction La deuxième famill
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3- L’entraînement 3-2- La conver
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3- L’entraînement 3-2- La conver
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3- L’entraînement 3-3- Les rédu
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Cloche déformable Moyeu elliptique
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3- L’entraînement 3-3- Les rédu
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Édition novembre 2012
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