Connectivité Ethernet TCP/IP et Modbus/TCP

SOMMAIRE
1 - Liaisons Asynchrones et Ethernet
2 - Connectivité Ethernet
3 - Serveurs de périphériques Ethernet TCP/IP
3 -1 Serveur de périphériques asynchrones Ethernet TCP/IP
3 -2 Serveur de périphériques Modbus / TCP
4- Adaptateur Asynchrone/Ethernet
5 - Guide de sélection GMI-DATABOX

1 - Liaisons asynchrones et Ethernet

Les réseaux de communication, utilisant des protocoles connus de tous les constructeurs (ModBus® par exemple), ont contribués à l’introduction massives des automates et de l’informatique dans le milieu industriel. La surveillance d’une faible quantité d’information permettait à un réseau " Bas débit " de véhiculer les échanges sans problème particulier.

Les gros systèmes informatiques de contrôle/commande ont laissé la place aux systèmes sur base micro-informatiques (PC), et avec eux, le réseau TCP/IP a été introduit, avec des débits plus importants.

Petit à petit, cette connectivité s’est donc imposée jusqu’au plus près de la machine, du process.

Depuis quelques années, et pour une grande majorité des applications industrielles, un réseau de communication s’impose donc, fédérant à la fois la gestion de l’information (Informatique) et le traitement de l’information (Automatique).

Ce " bus " fédérateur, traversant l’usine tant géographiquement qu’en terme d’application est bien Ethernet.

Mais si les nouveaux produits (automates industriels …) sont de plus en plus souvent équipés d’un accès Ethernet, faut-il pour autant jeter au rebus les équipements pourvus d’une simple liaison asynchrone RS232, RS422 ou RS485, lors de la remise à niveau d’une installation ?

A cette question, GMI-DATABOX apporte une réponse adaptée a tous les cas de figure.

GMI-DATABOX propose une gamme variée et complète de solutions adaptées à la connectivité Ethernet. Cette fiche-solution a pour objectif d’apporter quelques explications ou exemples d’application déjà mis en œuvre.

Ces exemples se positionnent volontairement dans un contexte industriel. Les termes employés sont usuels dans ce domaine :

Superviseur, SCADA : Logiciel de Supervision de procédés industriels
API : Automate Programmable Industriel
E/S : Entrées ou Sorties du procédé industriel (TOR ou Analogique)
Driver de communication : Module logiciel du Superviseur permettant sa communication avec un équipement de terrain, dans un protocole défini

D’une manière générale, il faut distinguer deux types d’utilisation :

  • Mode " Serveur de périphérique ou de ports séries Ethernet " : communication avec un ou plusieurs équipements Asynchrone (RS232 (V24), RS422 (V11) ou RS485) sur un segment Ethernet, derrière la carte réseau d'un PC par exemple
  • Mode " Adaptateur Asynchrone/Ethernet " : communication de 2 ou plusieurs équipements Asynchrone (RS232 (V24), RS422 (V11) ou RS485) sur un segment Ethernet.

2 - Connectivité Ethernet TCP/IP

La connectivité Ethernet permet de gérer tout type d’équipements via un réseau local Ethernet à partir d’applications compatibles TCP/IP.

Cette connectivité se généralise compte tenu de la pénétration des réseaux locaux dans tous les systèmes de communications, et devient nécessaire pour de nombreuses applications dans des environnements très variés :

  • Gestion de commandes numériques utilisant des programmes complexes et volumineux
  • Gestion en temps réel de systèmes de sécurité à base de cartes magnétiques
  • Surveillance médical de patient à domicile
  • Surveillance de trafic routier à partir de caméras vidéos
  • Etc ...

Différentes solutions existent pour " apporter " cette connectivité Ethernet à des équipements périphériques divers tels que : lecteurs codes à barres, capteurs de températures, analyseurs de sang, balances de pesées, etc...

  • Externe avec utilisation de serveurs de périphériques
  • Interne avec intégration de modules miniatures serveurs de périphériques

Dans les deux cas, l’interface avec l’équipement périphérique s’effectue via l’entrée / sortie série, ce qui ne modifie pas du tout le principe de fonctionnement de cet équipement.

3 - Serveurs de périphériques Ethernet TCP/IP:

Les serveurs de périphériques, base de la connectivité Ethernet, réalisent :

  • la conversion d’interface entre l’E/S série de l’équipement périphérique et l’accès sur le réseau Ethernet 10BaseT ou 10Base FL
  • la conversion de protocole pour permettre l’échange des données entre l’équipement périphérique asynchrone et le protocole TCP/IP utilisé par la station supportant le logiciel applicatif.

Différents modèles de serveurs de périphériques TCP/IP sont disponibles selon les besoins de l’application :

  • Accès Ethernet 10Base-T (RJ45), 100Base-TX (RJ45), 10Base-5 (AUI) ou 10Base-FL (ST)
  • E/S série asynchrone avec interface RS232 (V24), RS422 (V11) ou RS485
  • 1 ou 2 E/S série
  • Protocoles asynchrones type Terminal ou ModBus,
  • Boîtiers miniature, compact, stand-alone, ou pour support rail Din,
  • Alimentation externe ou interne
  • Protocoles réseaux complémentaires HTTP, SNMP, etc…
  • Avec / sans logiciel de re-routage de ports Com,
  • Etc…

3 - 1  Serveurs de périphériques asynchrones Ethernet TCP/IP

Cette gamme de serveurs de périphériques est destinée aux raccordements d'équipements asynchrones avec procédure de communication type Terminal (console) à base de séquences de caractères ASCII.

wpe2.jpg (12516 octets)

Deux cas de figure sont rencontrés :

  1. Le Superviseur utilise des drivers de communication sur ports COM :
  2. Dans ce cas, il suffit d’installer le logiciel fourni avec le Serveur de périphérique (toutes plates-formes Windows) : Chaque Serveur de Périphérique sera vu comme un port série natif (jusqu’à COM255). La communication avec chaque équipement de terrain sera totalement transparente pour l’applicatif.

  3. Le Superviseur utilise des drivers de communication " encapsulés " (" ModBus forTCP ", par exemple), propriétaire, ou sous forme de driver OPC : Les Serveurs de périphériques extrairont les trames ASCII, pour les mettre à disposition sur leur port série Asynchrone.

A noter : Chacune des trois " branches " ci-dessus (donc, chacun des ports COM déportés) peut utiliser un protocole différent.

En fonction de la topologie du réseau de terrain, plusieurs déclinaisons sont possibles, s’appuyant sur des produits standards proposés par GMI-DATABOX :

wpe3.jpg (17128 octets)

3 - 2 Serveurs de périphériques Modbus / TCP ou Passerelle Modbus (Modbus/RTU vers Modbus/TCP)

Cette gamme de serveurs de périphériques appelée également Passerelle Modbus/TCP est destinée aux raccordements d'équipements asynchrones utilisant le protocole de communication Modbus® ASCII ou RTU, aussi bien en mode maître qu'en mode esclave.

Le nouveau protocole Modbus/TCP, extension du protocole Modbus de Modicon, utilise la technologie Ethernet et confirme l'utilisation d'Ethernet comme bus de terrain.

Le protocole Modbus/TCP supprime également la restriction du principe Maître / esclave avec la possibilité pour un équipement Modbus/TCP de pouvoir être à tour de rôle maître et esclave.

Compte tenu du parc très important d'équipements Modbus, l'utilisation de serveurs de périphériques Modbus/TCP permet aux utilisateurs de faire cohabiter les nouveaux et anciens équipements :

- Raccordement station maître Modbus/TCP avec station(s) esclave(s) Modbus/RTU

Les serveurs de périphériques Modbus/TCP peuvent comporter un ou plusieurs ports séries V24, RS422 ou RS485.

Une seule station esclave Modbus/RTU peut être connecté sur un port série V24, alors que plusieurs stations esclaves peuvent être connectées sur un port RS422 ou RS485.

L'ensemble Serveur Modbus/TCP et station Modbus/RTU se comporte comme une station esclave uniquement.

- Raccordement station maître Modbus/RTU avec station Modbus/TCP

La station maître Modbus/RTU est connecté au réseau Ethernet via un serveur de périphérique Modbus/TCP et l'ensemble se comporte en mode maître uniquement.

- Raccordement maître et esclaves Modbus/RTU via un réseau Ethernet

Les serveurs de périphériques Modbus/TCP permettent de transférer de façon transparente les échanges entre stations Maître / esclaves au travers d'un réseau Ethernet TCP/IP.

Les adaptateurs asynchrone / Ethernet de GMI-DATABOX peuvent également être utilisés pour le raccordement de stations Modbus/RTU via un réseau Ethernet.

4 -  Adaptateurs Asynchrone / Ethernet

wpe4.jpg (13702 octets)

Dans l’exemple ci-dessus, l’adaptateur joue le rôle d’un véritable " Convertisseur " Ethernet, " encapsulant " au format IP les trames ASCII reçues sur la voie série, puis les "désencapsulant ".

Il est possible de recréer un réseau Multipoint, en paramétrant chaque AAM1xxxR dans le même champ d’adresse : C’est l’exemple ci-dessus, où le PC, par sa seule liaison série, adresse et interroge plusieurs esclaves.

Par extension, il est donc possible de faire cohabiter sur le même segment Ethernet, plusieurs réseaux distincts, de protocole identique ou non. Dans l’exemple ci-dessous, le réseau 1 dispose d’un Maître (COM1 du PC) et d’un Automate Esclave, et le réseau 2, d’un Maître (COM2 du PC) et deux automates Esclaves :

wpe5.jpg (15033 octets)

On peut bien sur imaginer la même application, mais avec plusieurs équipements maîtres distincts (plusieurs PC …)

Au delà de l’utilisation de PC, il est bien évidemment envisageable de faire dialoguer plusieurs équipements asynchrones sur le réseau Ethernet de l’entreprise. Dans l’exemple ci-dessous, un automate programmable, pourvu d’une liaison RS485, interroge un système de pesage disposant d’une simple liaison RS232 :

wpe6.jpg (9348 octets)

5 - Guide de sélection :

 

Protocole

Modèle

Références

Alim

Port série

Vitesse
Max

Isolation

vitesse

Management

Configuration

Locale

réseau

ASCII

Boîtier

 

DE-211

Ext.

1 x V24/485 230.4 K Oui 10 Mb

Oui (Nport)

Oui

Oui

CBUDS10

Ext.

1xV24/422/485 115.2 K Non 10 Mb

Oui (SNMP)

Oui

Oui

SP1V24B

Int.

1 x V24 115.2 K Oui 10 Mb

En option

Oui

Oui

SP1V11B

Int.

1 x V11 115.2 K Oui 10 Mb

En option

Oui

Oui

SP1485B

Int.

1 x 485 115.2 K Oui 10 Mb

En option

Oui

Oui

CBUDS100

Ext.

1xV24/422/485 115.2 K Non 10/100

Oui (SNMP..)

Oui

Oui

DE-311

Ext.

1 x V24/485 230.4 K Oui 10/100

Oui (Nport)

Oui

Oui

MX5230

Ext.

1x V24 et 1 x 485 230.4 K Oui 10/100

Oui (SNMP)

Oui

Oui

MX5210

Ext.

2 x V24 230.4 K Oui 10/100

Oui (SNMP)

Oui

Oui

MX5232

Ext.

2 x 422/485 230.4 K Oui 10/100

Oui (SNMP)

Oui

Oui

Rail Din

DE-211/RD

Ext.

1 x V24/485 230.4 K Oui 10 Mb

Oui (Nport)

Oui

Oui

SP1V24R

Int.

1 x V24 115.2 K Oui 10 Mb

En option

Oui

Oui

SP1V11R

Int.

1 x V11 115.2 K Oui 10 Mb

En option

Oui

Oui

SP1485R

Int.

1 x 485 115.2 K Oui 10 Mb

En option

Oui

Oui

DE-311/RD

Ext.

1 x V24/485 230.4 K Oui 10/100

Oui (Nport)

Oui

Oui

MX5230/RD

Ext.

1 x V24 et 1 x 485 230.4 K Oui 10/100

Oui (SNMP)

Oui

Oui

MX5210/RD

Ext.

2 x V24 230.4 K Oui 10/100

Oui (SNMP)

Oui

Oui

MX5232/RD

Ext.

2 x 422/485 230.4 K Oui 10/100

Oui (SNMP)

Oui

Oui

MODBUS

Boîtier

CBUDS10MB

Ext.

1 xV24/422/485 115.2 K Non 10 Mb

Oui (SNMP..)

Oui

Oui

NPORT6110

Ext.

1 xV24/422/485 230.4 K Non 10/100

Oui

Non

Oui

SP1V24MB

Int.

1 x V24 115.2 K Oui 10 Mb

En option

Oui

Oui

SP1V11MB

Int.

1 x V11 115.2 K Oui 10 Mb

En option

Oui

Oui

SP1485MB

Int.

1 x 485 115.2 K Oui 10 Mb

En option

Oui

Oui

Rail Din

MX6110/RD

Ext.

1xV24/422/485 230.4 K Non 10/100

Oui

Non

Oui

SP1V24RMB

Int.

1 x V24 115.2 K Oui 10 Mb

En option

Oui

Oui

SP1V11RMB

Int.

1 x V11 115.2 K Oui 10 Mb

En option

Oui

Oui

SP1485RMB

Int.

1 x 485 115.2 K Oui 10 Mb

En option

Oui

Oui

6 - Présentation succinte des différentes gammes :

6 - 1 Gamme de serveurs de périphériques asynchrones / TCP-IP :

Cette gamme de serveurs de périphériques est destinée aux raccordements d'équipements asynchrones avec procédure de communication type Terminal (TTY) à base de séquences de caractères ASCII.

6 - 2  Gamme de serveurs de périphériques ModBus / TCP-IP :

Cette game de serveurs de périphériques est destinée aux raccordements d'équipements asynchrones utilisant le protocole de communication Modbus® ASCII ou RTU, aussi bien en mode maître qu'en mode esclave.

6 - 3 Gamme de cartes serveurs de périphériques pour intégration :

La connectivité interne utilise des serveurs de périphériques sous forme de cartes miniatures intégrables facilement dans les équipements périphériques.
Ces solutions d'intégration OEM permettent grâce à un kit de développement logiciel (SDK) de personnaliser chaque application.

Différentes prestations, adaptées à vos besoins, sont proposées par GMI-DATABOX, du simple transfert de compétences au développement complet clés en main.