Cours Liaisons Scada 5t6k29

MASTER ASE SMART & GSI

COMMUNICATIONS EN SUPERVISION

1 Supervision Industrielle – Master Smart & GSI - Pierre Bonnet

Besoins en communication

Pierre BONNET 2012-2013


Besoins en communication Organisation fonctionnelle d ’un système SCADA


Besoins en communication Un système SCADA doit pouvoir communiquer avec des ressources externes : - liaison matérielle locale (liaison série, carte spécialisée ASI, CAN...) vers une ressource spécialisée (E/S distantes, automate...) - liaison matérielle de type standard (Ethernet) vers un matériel distant (E/S , automate...) [éventuellement modifiée (Profinet)] - liaison radio (Bluetooth, ZigBee, WiFi) vers des E/S spécialisées - liaison avec un autre module logiciel local (IHM, tableur, base de donnée, serveur Web... ) - liaison avec un autre module logiciel distant (serveur de données, serveur SQL autre superviseur, logiciel MES...)


Besoins en communication Eléments de la communication matérielle:

Module de communication intégré

Liaison « interne » (bus ISA, PCI express, USB, Ethernet...)

SCADA SCADA

Interface matérielle

Interface électrique

Bus de terrain (câble, radio..)

Carte/module d'interface/communication



Le module de communication peut être : - intégré matériellement à la structure SCADA (carte de couplage spécialisée selon le bus de terrain choisi ) - séparé (liaison intermédiaire vers une erelle de bus ) 5 Supervision Industrielle – Master Smart & GSI - Pierre Bonnet

Besoins en communication Eléments de la communication logicielle:  Communication point à point Communication logicielle dédiée

SCADA SCADA

Interface logicielle

partage mémoire, connecteur ODBC DCOM OPC .....


Serveur Serveur


IHM IHM

 Bus logiciel

SCADA SCADA


Bus logiciel D-Bus, CORBA Interface logicielle

Serveur Serveur 6

Supervision Industrielle – Master Smart & GSI - Pierre Bonnet

Besoins en communication accès à une ressource logicielle: Le principe général d'accès à une ressource logicielle est l'échange de données par: - écriture d'une zone mémoire d'échange (presse-papier) → écriture physique - partage mémoire commune (age de pointeur) → problème de protection d'accès - envoi de la donnée par un "pipe" (tuyau de communication) → possibilité de er par Ethernet

Microsoft a introduit le concept OLE avec la possibilité d'exécution des fonctions par le client. C'est ce principe qui est employé dans les serveurs OPC.


Besoins en communication Principe général d'accès à une ressource matérielle: Accès direct intégré au programme principal Programme principal

Procédure d'accès à la ressource

Ressource appel écriture

Tâche principale suspendue

lecture retour


Besoins en communication Principe général d'accès à une ressource matérielle: Accès direct intégré avec événement (multitâche) Tâche principale

Tâche évènementielle

Tâche d'accès à la ressource Ressource

appel serveur Reprise de la tâche principale

retour appel

appel événementiel Suspension de la tâche principale

écriture

lecture

Traitement évènementiel

Reprise de la tâche principale


Besoins en communication Principe général d'accès à une ressource logicielle: Accès client-serveur en liaison synchrone Ressource

Programme Serveur

Programme Client

Requête écriture

Tâche suspendue

lecture Réponse

Une requête se compose généralement d'une fonction et de données 10 Supervision Industrielle – Master Smart & GSI - Pierre Bonnet

Besoins en communication Principe général d'accès à une ressource : Accès client-serveur en liaison asynchrone Tâche Tâche Cliente évènementielle

Programme Serveur

Ressource

appel serveur retour appel Reprise de la tâche appel évènementiel Traitement évènementiel

écriture

lecture

Autre client

Le serveur gère les conflits d'accès à la ressource critique Supervision Industrielle – Master Smart & GSI - Pierre Bonnet

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Besoins en communication Principe général d'accès à une ressource (synthèse) : Les deux accès fondamentaux sont donc : - l'accès synchrone, avec blocage de la tâche appelante en attente de la réponse - l'accès asynchrone , avec attente d'un événement signalant l'arrivée de la réponse


Besoins en communication accès à une ressource matérielle locale : bibliographie Visual Basic for Electronics Engineering Applications : (VB 5.0 , 6.0 , VBA , .NET , 2005...) Vincent Himpe Elektor Elektronics Publishing - 2006 Document de base pour découvrir VB et l'accès aux ressources matérielles d'un PC dans l'environnement actuel de programmation ; fait le lien entre les aspects matériels et la couche applicative sous une forme moderne.

Je programme les interfaces de mon PC sous Windows : B. Kainka & H-J Berndt - Publitronic/Elektor - 1999 Cet ouvrage s'intéresse surtout aux aspects matériels en vue de faire des mesures directes sur PC. Devient obsolète pour la programmation qui ne respecte pas les principes de protection de Windows XP .


Communication série


Communication Série Communication matérielle par réseau de terrain série:


Communication Série Communication matérielle par réseau de terrain série: port série

Superviseur Superviseur

Coupleur UART

port série

Liaison matérielle série RS232, RS485 liaison radio (Bluetooth...)

Coupleur UART

Périphérique Périphérique

 la base de la transmission est l'octet (8 bits + contrôle de parité ) avec délimiteurs (bit de start, bit de stop)

 une trame est constituée d'un ensemble d'octet avec délimiteurs (début de trame , crc, fin de trame )

 le couplage peut être synchrone [attente de la réponse par le client avec blocage] ou asynchrone [événement signalant l'arrivée de la réponse] 16 Supervision Industrielle – Master Smart & GSI - Pierre Bonnet

Communication Série Communication matérielle par réseau de terrain série: Echanger des octets par transmission de l'information bit à bit Le format de base de l'échange d'un caractère est : ...

start

a0

a1

...

...

a6

a7

parité stop

….

start

...

- le start et le stop permettent au matériel de reconstruire la donnée - le bit de parité permet de vérifier l'intégrité du message - la vitesse d'échange est définie en bits/sec ou bauds

 Cette liaison est encore très largement utilisée sous forme de port com virtuel avec Bluetooth ou USB , en particulier sur les automates . 17 Supervision Industrielle – Master Smart & GSI - Pierre Bonnet

Communication Série Communication matérielle par réseau de terrain série Modbus: COMMUNICATION SERIE

ESCLAVES MAITRE

La liaison électrique est bidirectionnelle sur paire différentielle (standard RS485)


Communication Série Communication matérielle par réseau de terrain série: Modbus port série

Superviseur Superviseur

port série

Liaison série

Périphérique Périphérique

n°Esclave

trame de requête n°Esclave

trame de réponse

 le couplage peut être synchrone [attente de la réponse par le client avec blocage] ou asynchrone [événement signalant l'arrivée de la réponse] Supervision Industrielle – Master Smart & GSI - Pierre Bonnet

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Communication Série Communication matérielle par réseau de terrain série: Modbus Principales fonctions sur Modbus : • • • • • • • •

0x01 lecture de n bit(s) de sortie consécutif(s) 0x02 lecture de n bit(s) d’entrée consécutif(s) 0x03 lecture de n registre(s) internes 0x04 lecture de n registre (s) d’entrée 0x05 écriture d’un bit de sortie 0x06 écriture d’un registre interne 0x15 écriture de n bits de sortie 0x16 écriture de n registres internes


Communication Série Communication matérielle par réseau de terrain série: Modbus Une trame [ascii] ModBus est la concaténation des éléments suivants : - entête : ‘:’ - adresse de l’esclave (0x01..0xF8) : ‘01’..’F8’, - numéro de la fonction (0x01..0x06) :’01’..’06’, - données (contenu et taille variable suivant la fonction). - octet de vérification de la trame ou LRC8 (0x00..0xFF) calculé depuis les valeurs adresse de l’esclave, numéro de fonction et champs de données : ‘00’..’FF’. - un délimiteur de fin constitué des caractères Carrier Return (0x0D) et Line Feed (0x0A). Dans l’exemple ci-dessous, le maître demande à l’esclave 04 de mettre sa sortie d’adresse 0 à l’état logique « 1 » Entête

Adresse Esclave

Code Fonction

Données

LRC

Délimiteur

1 carac

2 caract.

2 caract.

N*2 caract.

2 caract.

Retour Chariot

Line Feed

:

04

05

0000FF00

F8

CR

LF


Communication Série Accès au port série  Utilisation d'une bibliothèque enregistrée .dll ou .ocx sous VBA  Bibliothèque de Fonctions DLL ( Dynamic Link Library) [windows\system32\…]  Contrôle ActiveX/OCX (Objet Control Extended) [enregistrée]


Communication Série Accès au port série par MSComm  Ajouter d'une instance de Mscomm dans un Form


Communication Série Accès au port série par MSComm  Paramétrage du contrôle  CommPort : permet de définir le port physique utilisé MsComm1.CommPort=1 ‘on utilise le port COM1: Attention: l'OCX MSComm est limité aux ports 1 à 16 !!!!

 Settings : Fixe les paramètres de la connexion (vitesse, parité, nb bits, bits de stop) MSComm1.Settings = "9600,N,8,1"  PortOpen: permet d'ouvrir ou de fermer la liaison MSComm1.PortOpen = True

'ouvre la liaison (prise de contrôle par l'application)

MSComm1.PortOpen = False 'ferme la liaison série (abandonne le contrôle du port) L'ouverture d'un port peut être en échec; les cas les plus fréquents sont: -le port est peut être déjà ouvert par l'application - le port est peut être ouvert par une autre application(un port ne peut pas être par deux applications simultanément) - le port n'existe pas La fermeture est en échec si le port n'a pas pu être ouvert!


Communication Série Accès au port série par MSComm  Entrée/sortie sur le port série  OutPort : permet d'envoyer des données sur la liaison; la chaîne doit être terminée par retour chariot (Chr$(13)) ou par RC + nouvelle ligne (Chr$(13)+Chr$(10)) MSComm1.OutPut= "message"+"a"+"transmettre"+vbcrlf

 Input : permet de lire les données contenues dans le buffer d'entrée Dim Tampon as String Tampon = Tampon + MSComm1.Input  Exemple : lecture jusqu'à réception de fin de trame CRLF

Do DoEvents 'indispensable pour redonner la "main" au gestionnaire d'événements Tampon$ = Tampon$ & MSComm1.Input Loop Until InStr(Tampon$, vbCrLf) 25 Supervision Industrielle – Master Smart & GSI - Pierre Bonnet

Communication Série Accès au port série par MSComm  Gestion des erreurs  la gestion des erreurs est indispensable pour l'accès à cette ressource: l'exécution peut provoquer une exception Windows (sortie anormale d'Excel qui laisse l'application ouverte) lorsqu'une erreur apparaît dans l'exécution de la bibliothèque DLL/OCX (l'objet retourne généralement un code d'erreur exploitable) La structure de gestion d'erreur en VB/VBA est :

Sub Mon_acces ... ... On Err GoTo ... ... Exit Sub Fin_si_Err:

'mes déclarations, mon code sans erreur Fin_si_err 'section avec génération d'erreur 'sortie de la fonction sans erreur 'sortie si erreur

msgbox "erreur exécution" End Sub


Communication Série Accès au port série par MSComm  Evènement OnComm  Le contrôle MSComm génére un événement dans de nombreuses situations: - réception d'un caractère - fin d'envoi d'un caractère - changement de niveau d'un signal de contrôle du port série - apparition d'une erreur (trame, perte du port...) Private Sub MSComm1_OnComm() Select Case MSComm1.CommEvent

Case Case Case Case Case

comEventBreak ' comEventFrame ' comEventOverrun ' comEventRxOver ' comEventRxParity '

Coupure de ligne (Break) Erreur de trame Perte de données par overrun Tampon de réception saturé Erreur de parité

Case comEvCTS ' Changement niveau broche CTS

Case comEvReceive ' réception de caractères Case comEvSend ' fin d'émission d'un caractère End Select End Sub


Communication Série Accès au port série  Autres bibliothèques  RealTerm Bibliothèque gratuite très complète, compatible XP, orientée service clientserveur . Des exemples en VBA, Matlab et Scilab sont fournis . Dispose d'une interface de contrôle (ActiveX) facilitant le débogage. Permet l'insertion du CRC Modbus par exemple. Bon outil de mise au point, lourd pour une application définitive [installation du serveur].  Windows Serial Communications (WSC) de MarshallSoft Bibliothèque adaptée pour une application définitive. Existe pour tous les langages. Gratuite avec message au démarrage/payante pour un usage commercial. Une expérience de 20 ans !  Windows kernel32 NT (utilisable en C, VB, .NET...) Le port série est vu comme un "fichier" avec attributs, buffer lecture/écriture, timeouts... serial_handle = CreateFile("COM1", GENERIC_READ Or GENERIC_WRITE,....) 28 Supervision Industrielle – Master Smart & GSI - Pierre Bonnet

Communication UDP/T

Communication Ethernet


Communication UDP/T Accès direct UDP/T  Objectif  Réaliser un échange de données entre deux machines informatiques par le réseau Ethernet.

api/dcs

superviseur

ethernet erelle

RS485

 Deux modes principaux en milieu industriel : - le mode UDP ( Datagram Protocol) , envoi direct de données dans le réseau - le mode T (Transfert Control Protocol) dans lequel l'envoi est acquitté

Le contenu du paquet transmis est du ressort de l'utilisateur. Par exemple, le contenu peut être une trame ModBus (trame ASCII ou trame RTU ). 30 Supervision Industrielle – Master Smart & GSI - Pierre Bonnet

Communication UDP/T Protocole UDP  Principe  UDP est un protocole orienté "non connexion". - le flux venant d'une machine A à destination d'une machine B est unidirectionnel. - la transmission des données se fait sans prévenir le destinataire (machine B) - le destinataire reçoit les données sans effectuer d'accusé de réception vers l'émetteur (la machine A). - l'encapsulation des données envoyées par le protocole UDP ne permet pas de transmettre les informations concernant l'émetteur. Le destinataire ne connaît pas l'émetteur des données hormis son IP et son port d'écoute.

 Pseudo-entête IPv4


Communication UDP/T Protocole UDP  Utilisation  La source de données doit connaître l'adresse IP et le port du destinataire.  La destination doit être prête à recevoir des données sur son port (socket ouvert)  La source de donnée ouvre un socket d'émission, en précisant l'adresse IP source et le port source qui seront inclus dans le datagramme.

 La source envoie ses données qui sont émises dans le réseau Ethernet (diffusion possible)  La destination reçoit [éventuellement] le datagramme et récupère les données  Avantages et inconvénients  UDP utilise un modèle de transmission simple sans dialogues de hand-shaking pour garantir la fiabilité, l'ordonnancement des paquets ou l'intégrité des données. De ce fait, UDP fournit un service peu fiable dans lequel les datagrammes peuvent arriver en désordre, dupliqués ou absents sans avertissement. UDP suppose que la recherche des erreurs et leur correction se feront au niveau applicatif si nécessaire.

 UDP est un moyen d'échange rapide de données et à faible coût logiciel. Il est bien adapté pour des machines embarquées (automates par exemple) 32 Supervision Industrielle – Master Smart & GSI - Pierre Bonnet

Communication UDP/T Protocole UDP  Mise en oeuvre

(langage C)


Communication UDP/T Protocole UDP  Exemple en VBA  Emission A → B 'Déclaration de l'objet Socket Dim MySocket as new Winsock

'Paramétrage du Socket MySocket.Protocol = sckUDPProtocol IP_machine_A = MySocket.LocalIP MySocket.LocalPort = 0 MySocket.RemoteHost = "172.19.7.248" MySocket.RemotePort = "5001" 'Emission d'un message sur le réseau MySocket.SendData "Message à transmettre à B sur port 5001" 'Pas d'acquittement en mode UDP !!! 34 Supervision Industrielle – Master Smart & GSI - Pierre Bonnet

Communication UDP/T Protocole UDP  Exemple en VBA  Réception UDP A<--B (sur socket ouvert ) ' la déclaration de l'objet Socket 'et son paramétrage doivent être 'faits préalablement

'mise en écoute du socket sur le port 5000 MySocket.Bind "5000", IP_Machine_A 'Procédure événementielle appelée par le socket ' en cas de réception d'une trame UDP sur le port 5000 Sub MySocket_DataArrival(ByVal bytesTotal As Long) MySocket.GetData paquet_recu Form1.TextBox_Receive.Caption = paquet_recu & vbCrLf Form1.TextBox_Emetteur.Caption = MySocket.RemoteHostIP End Sub 35 Supervision Industrielle – Master Smart & GSI - Pierre Bonnet

Communication T : même socket , mode programmation plus avancé avec vérification de la connexion

sources d'info : http://www.spi.ens.fr/beig/systeme/sockets.html Linux Magazine n°141 Septembre 2011 pages 44-58


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