Institut national des sciences appliquees de lyon

ANNEXE : RESEAUX LOCAUX EN PRODUCTIQUE

Les Réseaux Locaux, en assurant la communication entre les équipements informatisés d'un même site, sont devenus un constituant de base de la plupart des "systèmes intégrés". Lorsqu'ils servent d'appui à des tâches administratives ou bureautiques on parle de " réseaux locaux d'entreprise " alors que l'on parle de "réseaux locaux industriels " s'ils sont utilisés pour l'automatisation de la fabrication.

Cette distinction ne vaut qu'en première approche et une analyse plus fine permet de mieux cerner les besoins et les contraintes. En fait, la production intégrée nécessite de mettre en relation étroite la fabrication, la conception et la gestion de production ou la maintenance assistée par ordinateur ( FAO, CAO, GPAO,MAO ), et de faire communiquer cet univers de la production avec les autres pôles, commercial et financier, de l'entreprise.
Ceci signifie complémentarité entre "administratif" et "industriel", d'une part, et dans cette dernière branche, hiérarchisation entre réseaux optimisés pour des prestations de nature différente.
Avant d'étudier les caractéristiques des réseaux locaux industriels nous allons donc analyser l'architecture des systèmes intégrés de production et les besoins et contraintes associées à chaque niveau en prenant surtout le point de vue de la communication.

12.1 Architecture hiérarchisée en Productique

Partant d'un modèle assez général de système de production automatisée, doté d'une architecture fonctionnelle classique, nous pouvons, compte tenu des contraintes de conduite ou d'exploitation, définir une architecture opérationnelle dans laquelle les réseaux de communication trouveront naturellement leur place et leurs caractéristiques.
Les fonctions d'un système de commande integré peuvent être regroupées en quatre ensembles:
*Commande automatique - Commande élémentaire et Coordination des activités de plusieurs commandes élémentaires.

* Conduite Gestion des modes de marche et traitement des défauts

* Suivi

- de production

- du matériel

- du personnel

- de qualité

*Maintenance, Entretien

Les équipements qui supportent ces fonctions échangent des flux de données illustrés (à titre de simple exemple) sur le schéma ci-contre.

S'il est usuel de distinguer procédés de fabrication continus et procédés discontinus, cette classification est inutile pour les réseaux locaux : les besoins sont de même nature avec, souvent, des contraintes plus sévères pour les procédés continus.
Ainsi on peut retrouver des réseaux de même type sur des applications très variées : train de laminoir, centrale nucléaire ou solaire, système de transport (métro par exemple) . On peut aussi trouver des réseaux différents sur le même procédé ...
Toutes les fonctions évoquées ci-dessus sont hiérarchisées et peuvent être regroupées en trois niveaux auquels nous ajouterons le niveau "0" des capteurs et actionneurs.
Cette hiérarchie est déterminée à partir de plusieurs critères, notamment:
- temps de réponse ou contrainte de temps

- sûreté de fonctionnement (des hommes et du matériel)

- nature des flux d'information utilisés ou produits.
* Niveau 0
Niveau "instrumentation", reliant des capteurs, des terminaux d'atelier et des actionneurs ("intelligents") il se trouve tout au bout de la chaine d'information, directement au contact de l'outil de production. Pour des raisons économiques les capteurs élémentaires sont souvent supportés par des automates simples.
* Niveau 1 : Commande
Niveau " technique ", il acquiert les informations issues des capteurs et lance et contrôle des actions physiques. Il traite les régulations ou les enchaînements d'actions sur un même élément physique.
Il doit aussi assurer un dialogue homme-machine. Il reçoit ses consignes et rend compte au niveau "coordination".

Ce niveau utilise typiquement des automates séquentiels, des robots, des microcalculateurs d'acquisition de données ou d'asservissement, des machines à commande numérique.

* Niveau 2 : Coordination
Niveau "Atelier", il traite les optimisations locales, élabore les consignes pour les commandes élémentaires, en assure le suivi et en contrôle l'exécution. Il assure aussi un dialogue homme-machine.
C'est le domaine des microcalculateurs ou des "automates superviseurs".

* Niveau 3 : Gestion de production / Optimisation
Niveau "Usine" ou "Département", il assure l'ordonnancement global des ateliers, le lancement et le suivi des fabrications . Il modélise la production en vue de son optimisation. Il gère un dialogue homme- machine.
A ce niveau on trouve généralement des miniordinateurs.
Au-dessus de cette architecture hiérarchisée on trouve au Niveau 4 la gestion de l'entreprise avec ses propres systèmes informatiques.
Cette architecture entraîne, nous l'avons vu, l'utilisation de matériels adaptés aux fonctions et aux contraintes qui leurs sont associées et la mise en place de moyens de communication aux interfaces entre ces niveaux.
Les contraintes pesant sur ces communications impliquent qu'actuellement et à moyen terme au moins, il n'est pas techniquement possible de les traiter économiquement de manière unique. A chaque interface va correspondre un Réseau local adapté.

12.2 Spécification des réseaux locaux industriels.

12.2.1 Contraintes pour les communications

Les contraintes appliquées aux systèmes de traitement s'appliques bien sûr aux moyens de communication qui les relient. Très sévères, elles peuvent être résumées en trois mots clés :

* Promptitude

* Robustesse

* Flexibilité
· Promptitude:
Elle s'exprime par le temps de réponse qui doit être fini, borné supérieurement, aussi faible que nécessaire. Il peut parfois descendre à quelques millisecondes. Il est toujours dicté par l'application.

· Robustesse:

Elle regroupe les notions de fiabilité, disponibilité et sécurité. Le système doit "survivre" à des erreurs ou des dysfonctionnements consécutifs à la présence de défauts permanents ou transitoires. Il doit assurer la sûreté des hommes et du matériel. Il doit aussi permettre de prévoir les interventions pour les planifier en fonction de la production: on crée ainsi des liens entre conduite et maintenance.
· Flexibilité:
Les matériels à interconnecter sont très hétérogènes.

Ils sont disposés selon des topologies variées et génèrent des trafics périodiques ou apériodiques qui peuvent coexister. Les moyens de communication doivent satisfaire à ces exigences et offrir des facilités d'exploitation : connexion entre deux équipements particuliers ou diffusion partielle ou totale de l'information.