CESI Info Indus 1

8/17/2019 CESI Info Indus 1

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Informatique Industrielle

Formation CESIIngénieur Génie Électrique

Patrick MONASSIERAnnée 2009


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OBJECTIFS :

• Savoir appréhender la problématique spécifique des systèmes dits « réactifs » parrapport aux systèmes classiques « interactifs, transactionnels »• Connaître tous les services nécessaires un système informatique connecté unprocessus industriel

CONTENU :• !appel sur les architectures atérielles siples " répartition des actionslo#icielles effectuer sur le ou les processeurs• $es architectures tolérant les fautes " redondance des actions lo#icielles ou dumatériel• $e principe de la pro#rammation s!nchrone et as!nchrone

• "#ordonnanceent et les concepts de priorités des actions lo#icielles• $es interruptions matérielles , les é$%neents et le teps

DUREE : % heures

FORME : Cours ma#istral illustré par des exemples de problématiques industrielles

Module Informatique Industrielle


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La façon dont a se d!rouler le "ours

C&est un cours ma#istral illustré par des exemples de problématiques industrielles exprimées l&aide de plusieurs mises en applications vécues' Ces exemples permettent d&introduire desparties de cours théoriques sur la pro#rammation des systèmes informatique industriels etde présenter des applications ayant trouvé des prolon#ements pratiques dans desdomaines variés'

&' Introduction sur l#inforati(ue industrielle

2' Application de sécurité d#anticollision sur )rues

*' Super$isions et I+M en lien a$ec des ro,ots industriels

-' S!st%es e,ar(ués pour le transport routier ./PS 1II /PRS3

Ces exemples sont issus de cas réels développés et mis en (uvre par l&intervenant


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#r!sentation de l$interenant

Acti$ités professionnelles :

4irecteur Recherche 4é$eloppeent 2007 - actuel• S!st%es e,ar(ués pour véhicules, poids lourds et bus

4irection Inforati(ue Industrielle 2001-2007

• )n#énierie ro,oti(ue, )nformatique de production, $isionIn)énieur d#affaires 1998-2001

• *pplications informatiques pour les h5pitau6 et l&industrie pharmaceutique4irecteur techni(ue 1992-1998

• Systèmes de sécurité inforati(ues e,ar(ués " #rues, #rues mobilesSupport coercial A$ant7$ente 1989-1992

• Systèmes et réseaux sur sites industriels et en embarquéIn)énieur pro8ets industriels 1986-1989

• Création de systèmes teps réel et réseauxIn)énieur d#études1981-1986

• +éveloppement de ro,ots pour la maintenance nucléaire, en milieux irradiés

#atri"% Monassier &C#E L'on( ) [email protected]

Télécharger les cours sur: http://patrick.monassier.free.fr

Associations :

• ice-président de l&Association des In)énieurs PE "!on• *dministrateur l&RIS Rh5ne7Alpes (Union Régionale des Ingénieurs et Scientifiques – !IS"onseil !ational des Ingénieurs et Scientifiques de "rance#

• .érant de la Maison des In)énieurs de "!on

ours :

/niversité $yon 0C12 $yon

C3*4)3S*5 de 5/3)S$SI


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Introdu"tion au* s'st+mesInformatiques Industriels

#artie , ) Introdu"tion


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Les a--li"ations)l y a une explosion du nombre des applications " )l y en a partout 6 7n met de plus en plus deicroprocesseurs et de icrocontr5leurs dans toutes sortes de machines et d&appareils, pour

l&industrie, pour des besoins en communication, des applications #rand public'''etc'

Cette explosion est principalement due l&au#mentation de la puissance des microprocesseurs etde leurs circuits périphériques, la diminution du co8t des composants, l&internationalisation desbesoins' $es applications sont de plus en plus variées99

Des applications de plus en plus «étranges et de plus en plus cachées

• 5ransport " a%ions& 'ateau& trains& trans)ort routier& auto*o'iles& *otos& fauteuils )our+andica)és& ascenseurs,• 4édical " I*agerie *édicale& ro'ots danal.se& o)érations assistées& scanners,• 3ucléaire " contr/le des centrales& sécurité• 4ultimédia " *usique& fil*s& connaissance& docu*entations• 1orta#e " grues& grues *o'iles& trans)alettes• /sines " )roduction auto*atisée& )roduction ro'otisée

• 5ra:abilité " géolocalisation& sui%i de )roduction, etc

Des applications de plus en plus puissantes etde plus en plus communicantes


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L$!olution du mat!riel &.ard(

;uel(ues dates (uel(ues références<

- 0;%< $es ordinateurs tiennent dans de #randes salles climatisées 0 = 4>- 0;?< $&apparition des mini-ordinateurs 0@ A>- 0;?B $&apparition des premiers microprocesseurs industriels- 0;?@ $&apparition du 1C, 0@ A>, 0


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4a définition du lo#iciel

#est un tr%s tr%s tr%s lon) te6te écrit dans un lan)a)e

plut5t ennu!eu6 dans le(uel cha(ue détail copte

3 4uand nous a%ons co**encé 5 )rogra**er nos ordinateurs& nous a%ons trou%é 5 notre

grande

sur)rise quil était 'eaucou) )lus difficile da%oir des )rogra**es qui *arc+ent que ce que nousa%ions )ensé Il fallait que nous in%entions le de'ugging e )eu *e sou%enir du *o*ent eact

o e *e suis a)eru quune grande )artie de *a %ie allait :tre consacrée 5 trou%er des erreurs

dans *es )ro)res )rogra**es ;

=ous ferie> $ous opérer en toute confiance par un ro,ot chirur)ien ?

$e hard exécute stupidement, parfaitement et très rapidement toute unesuccession d&opérations primaires dictées par le lo#iciel'

I*agine< %ous faire *arc+er une entre)rise de 10 000 e*)lo.és )arfaite*ent stu)ides&

et )arfaite*ent o'éissant Sans une seule délégation de )ou%oir et sans un 'rin de réfleion au

différents ni%eau deécution, $st-ce qui arri%e a%ec le logiciel

Sur le lo/i"iel : *uelques th+mes de réfle,ion -


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n lo)iciel a ,esoins de lo)iciels pour @tre créé éulé et pour fonctionner

Le lo/i"iel 0 un o12et intelle"tuel tr+s lourd

"e code source

4ri$ersi,lioth%(ues

"an)a)eopilateur

Outil de dé$eloppeent

i,le

firBareS!st%e d#e6ploitation

+es milliers deli#nes de code

Code source

=estion des %ersions

"#e6écuta,le

0 mètred&épaisseur

de listin#

0 mètred&épaisseur

de listin#

0


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=ision industrielle :

• /ne conduite de proFet ri#oureuse• 7utilla#es techniques impeccables Gsimulation, visualisation9H• Iuste évaluation des co8ts• 1ro#rammation défensive

Approche Scientifi(ue :• 4ieux comprendre l&obFet lo#iciel• Jaire des outils valeur aFoutée• S&appuyer sur des modèles mathématiques appropriés

4ans l#idéal : E6pli(uer forelleent pour(uoi le lo)iciel arche C

#rendre le lo/i"iel au s!rieu*

Difficile % réaliser dans des conte,tes industriels concurrentiels /rimordial dans des applications critiques

$&*irbus *B?< a entièrement con:u, réalisé, simulé l&aide d&ordinateurs et de lo#iciels spécifiques

Il ne serait $enu D l#idée de personne (u#D son preier $ol il ne décolle pas C

Réaction dun des ingénieurs a)r>s le )re*ier %ol ?

3 @a%ion sest co*)orté )resque aussi 'ien que ce que nous a%ions )ré%u ;


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7n peut considérer #lobalement que la fiabilité des microprocesseur et des circuits électroniquesen temps que tels est devenue excellente'

Il n$emp0che 1 2ous de"ons prendre des précautions 111

• +ans les phases de conception et de choix technolo#iques• +ans le choix des approvisionnements et des solutions• +ans la prise en compte des environnements de fonctionnement• +ans l&évaluation de la fati#ue et du vieillissement des composantes du système• +ans tous les échan#es entre les capteurs, les actionneurs et le système99'etc9etc9etc9

3ertains domaines d$applications e,igent le respects de normes et de r+gles :ferro"iaire# a"ionique# nucléaire# automo'ile -

3e n$est pas le cas de toutes les applications industrielles -

Agressions sur le hard : Ae*)ératures +aute et 'asses& %i'rations& c+ocs& salinité& )ertur'ations

électro*agnétiques& connectique& +u*aines& co*)osants

Et le .ard dans tout ça 3

"o)icielMatériel

hard

apteurs

Actionneurs

ounication

S!st%eEn$ironneent

d#application


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ouni(uer en I+M ou en M2M n#est pas une aussi siple

(u#on le pense en prei%re approche :

)l faut adapter la communication l&application')l n&y a pas de solution standard)l faut aussi adapter en fonction de l&environnement)l faut faire les bons choix face aux contraintes temporellesSi tout *arc+e 'ien en la'o& il est 5 )arier que des )ro'l>*es arri%eront dans len%ironne*ent

industriel si certaines )récautions nont )as été )rises

Problèmes de communication : IB ? au%aise acce)tation du s.st>*e& interface non ada)tée& erreurs dinter)rétation&

interfaces non )rotégées,

2 ? agressions etérieures (Certur'ations électro*agnétiques& connectique#& co**unication

ada)tée& )ertur'ations du réseau& ru)tures de co**unication,

IB ? Interface Bo**e ac+ine

2 ? ac+ine Ao ac+ine – o**unication entre s.st>*es

Et la "ommuni"ation 3

"o)icielMatériel

hard

apteurs

Actionneurs

ounication

S!st%eEn$ironneent

d#application


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1our une maForité d&applications industrielles, les systèmes sont maintenant de plus en plusenfouis' )l y a de moins en moins d#interface huaine " quelque fois réduite son minimum, voircomplètement absente' $e système a#it caché " on ne voit physiquement que le résultat de sadécision9

Ceci amène prendre en compte d&une fa:on importante l&évaluation des ris(ues et la #estion dela sécurité' Ceci dépend évidemment de l#en$ironneent de fonctionnement du système "toutes les applications ne sont pas soumises aux mKmes contraintes'

)l y a une #rande différence entre le problème de l&impression d&un document informatique et unsystème *LS qui « oublie » de freiner, ou un ré#ulateur de vitesse qui se bloque 6

Le BU4 5 7n ne doit pas avoir une vision limitative du ,u) (ou 'ogue# et considérer que cela vientuniquement du lo#iciel' +ans une vision industrielle, on doit prendre en compte toutes les

composantes de l&application finale comme nous l&avons vu précédemment " lo#iciel, hard,système, capteursMactionneurs, communication, environnement, erreurs d&évaluations9 etc'

7n doit considérer le risque en termes de Sreté, de Sécurité et 4isponi,ilité9• S8reté " rien de mal ne peut arriver • Sécurité " il n&y aura pas d&accident #rave• +isponibilité " le système sera touFours disponible

Le risque industriel


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1indoBs9' $7$

Ariane = " évolution de *riane ) vers *riane Gplus puissanteH' 7n récupère une partie des calculateursélectroniques' Sur un des calculateurs de traFectoire, alors que la fusée approche de la fin de son lancement, versla puissance maxi, il y a dépassement de capacité d&un re#istre de calcul' $a fusée quitte la traFectoire et doit Ktredétruite' $e calculateur était parfaitement adapté aux paramètres d&*riane )' 7n n&a pas suffisamment vérifié sonadaptation un environnement moteur plus puissant9

Mars Polar "ander " $a sone tombe en panne sur 4ars' )l y a inversion de priorités des tNches dans le noyautemps réel " les tNches les plus prioritaire sont masquées par les tNches les moins prioritaires' .rNce la fonction+ebu# restée inté#rée anormalement au pro#ramme, on a pu distance repro#rammer le #estionnaire de taches'

SS ForktoBn " /n des fleuron de la marine américaine, un bateau dernière #énération reste bloqué pendant sixheures en pleine mer parce qu&un opérateur a entré une valeur


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)l est difficile de découvrir certains bu#s bien cachés au fond des pro#rammes'

Il 4 a 'eaucoup d$interactions et on a 'eaucoup de mal %conceptualiser ce qui se passe

)l y a le problème des Lu# mais aussi des di$er)ences d&applications

4ifficultés D trou$er les ,u)s

!aison 0 "

• SS)) " $e client ne sait pas ce qu&il veut mais on va lui faire quand mKme'• Ie corri#erai bien l&erreur mais Fe n&ai plus les sources

!aison E Gplus sérieusesH "Difficulté 5 trou%er des 'ugs ?

• )nvisible " pas d&inspection visuelle• 1ro#rammes très #ros " Compréhension #lobale difficile• 1ro#rammes discontinu " pas de mar#e de sécurité• 1lein d&interactions " Comportements combinatoires• 1as d&auto-correction " tous les détails comptent• )nterface omme-4achine " E lo#iques différentes• 99

Il faut un homme pour faire une erreur Il faut un ordinateur pour faire un désastre

7iter les 1u/s8 "$est DUR9 tr+s DUR 5


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Ra--el ) CONTENU :

• @es architectures tolérant les fautes ? redondance des actions logicielles ou du

*atériel

Fin de -artie , ) T.in%)Tan%

arte électroni(ue

"o)iciel e,ar(ué

S!st%e e,ar(ué

ounication

apteurs et

actionneurs

Ghink Gank :

2n #roupe, une réflexion sur tout ce (ui peutaener des d!sfonctionneents )ra$es dansun système de sécurité inforati(ue industriel'En )art sur la 'ase dun s.st>*e e*'arqué relié

5 des ca)teurs et 5 des actionneurs&

co**uniquant )ar réseau a%ec dautres

s.st>*es équi%alents

@e s.st>*e )oss>de une interface +u*aine

si*)lifiée

Oula C /ra$e lD C < a resse,le D un ,u) a CCCC

I+M siple


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:--li"ation de s!"urit!d$anti"ollision sur /rues

#artie ; < :--li"ation de s!"urit!


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D'OU CA VIENT ?Il convient de rappelerl'existence d'un décret daté du 23 août1947 qui définit les précautions à observerpar les utilisateurs de grues de cantiers!

"ans les années 1970/1980 certainscantiers co##e les cantiers deconstruction de centrales nucléaires surlesquels on déno#bre souvent 30 grues et plus enregistrent des accidents gravesvoire #ortels!

istorique

$u début des années %& apparaissent les pre#iers dispositifs d'aide à la conduiteessentielle#ent basés sur de l'électronique analogique!

(e &7)&7)19%7 en *rance une circulaire du #inist+re des affaires sociales et del,e#ploi pose les conditions générales d'utilisation des grues à tour dont les -onesd'actions se recoupent!

.'est à la fin des années %& suite aux progr+s i#portants réalisés en électroniquenu#érique qu'apparaissent les pre#iers s/st+#es à #icroprocesseurs quiper#ettront l'essor des systèes ANTI!CO""I#ION!

(es progr+s tecniques acco#plis et l'expérience acquise depuis la circulaire de &7)%7entra0nent le législateur à publier la note tecnique du &&1991qui apporte lesprécisions nécessaires ou indispensables pour tous!


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$es risques dQaccidents - collisions - survols de Dones

7n cherche éviter les collisions entre le cNble qui porte la char#e et la structure d&une #rue adverse$e risque est de déséquilibrer la char#e et de provoquer un accident au sol)l n&y a aucun risque de chute d&une #rue lors de ce type de collision7n cherche aussi éviter le survol de Done sensibles (cour décole& %oie ferrée& route# par une char#e

=

C.ar/e


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TR:NSL:TION

DISTRIBUTION

ORIENT:TION

/RES 7 "es Mou$eents

.rue haute

.rue basse

.rue haute

+arge


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/RES 7 Interférences et sur$ol de >one

=

=

=Surol de >one Interf!ren"eORIENT:TION

TR:NSL:TION

DISTRIBUTIONInterf!ren"e

3hantier : 5ue de dessus

7n veut #érer Fusqu& 0= #rues sur une distance de E


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/RES 7 Interférences et sur$ol de >one

ORIENT:TION

$e système doit Ktre d!nai(ue et aider le conducteur de la #rue mieux piloter " si le système est uniquement sécuritaire, il ne sera pasaccepté par l&opérateur' /ne interface humaine est nécessaire'

Référentiel c+antier F

G

0

alculs par $ectorisation d!nai(ue tenant copte des inerties et des $itesses

Anticipation des collisions .I+M : fl%ches $ertes oran)e rou)e3

onnaissance des positions entre )rues rafraJchies toutes les *00s


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3hantier : 5ue en coupe

Sol chantier R


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Ra--el ) CONTENU :

• !appel sur les architectures atérielles siples " répartition des actions

lo#icielles effectuer sur le ou les processeurs

:--li"ation /rues 0 T.in%)Tan% N?,

arte électroni(ue

"o)iciel e,ar(ué

S!st%e e,ar(ué

ounication

apteurs et

actionneurs

Ghink Gank :

)ma#iner une architecture matérielle et surtoutlo#icielle apte répondre l&application

*nticollision de #rues' 1rendre le problème dans

son ensemble!e )as c+erc+er 5 rentrer dans le détail )our

linstant

I+M siple


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&K

-

*

liaison !adio

Lus de terrainusqu5 16 gruesDistance totale 2000 *>tres *ai

Architecture )énérale de l#installation,uelle architecture #énérale T7U mettre le ou les systèmes TComment assurer l&échan#e des données T


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5!*3S$*5)73

+)S5!)L/5)73

7!)235*5)73

Réseau interne

Réseau inter-grues

Système

Capteurs

Actinneurs

Légende

Iplanter le s!st%e et relier les capteurs;7U mettre le système T

Comment relier les capteurs et actionneurs TComment échan#er les données T


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Architecture du s!st%e@Comment architecturer le système T

uelles cartes mettre T1résentation physique du système T

Carte C1/

Carte 2MS

Carte Communication

)nterface humaine

*utres systèmes

5raitements

CapteursMactionneurs #rue

.rutier


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Or)anisation lo)icielleAComment or#aniser le lo#iciel T

Comment assurer le +éterminisme de la communication TComment délé#uer les tNches T5emps de cycle T

4icroprocesseur

Carte 2MS

4icrocontrVleur réseau

*fficheur,manettes #rue

Lus de 5errain

5raitements anti-collision

1rise d&informations,décision physique

)nformation, action

*près calcul et essais, il a été décidé de prendre un teps de c!cle de *00 s, répétable l&infini


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Synchronisation

5raitements desurvol de Done etd&interférence

1ilota#e desactionneursde la #rue

$ocale etafficha#e au#rutier

5empsd&attente

5emps de cycle " B


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30

Synchronisation

Or)anisation du tepsComment or#aniser le cycle de B


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Carte 2ntréesMSorties W *fficheur, manettes #rutier

Synchronisation

Communication " échan#e des données entre les 0= #rues W B


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32

5emps de cycle " B


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+ébut de trame

)dentifieur Commande C'!'C' Jin de trame4onnées

2spaceintertrame

& &2 -0 &H &0 *

,its de

données

- ,its

18,75 ms maximum imposé

0?'%@ms M ?% bits R


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34

- 7rientation"''''''0E bits- +istribution"''''' 0E bits- 5ranslation"''''' 0E bits

0 E B O @)nformations transmettre"

- 3X de la #rue"'' O bits

+ébut de trame

)dentifieur Commande C'!'C' Jin de trame4onnées

2spaceintertrame

18&7Q *s *ai*u*

Grae us de Gerrain


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35

0< 0


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1rotocole constructeur " Su))ort filaire RSM8Q 5 9&6 K's - Crotocole et tra*es constructeur

1rotocole IP" Su))ort filaire 5 1's - Crotocole "IC si*)lifié - Ara*es "IC

1rotocole AN" Su))ort filaire 5 20 K's - Crotocole et tra*es N!

3X .rue M 'its +onnées M0 'its C'!'C' 8 'its

@E bits

@,O ms

0


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+river !S O?@

+river J)1Aransfor*ateur

+river C*3

?


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38

[@R [@R )solé

E 7ptoBC@7101

+river C*3

?ECE@<

ContrVleur

C*3

)ntel ?E@E%

u1

Couche 0 1hysiqueCouche E liaisonCouche % *pplication

"iltres

arte réseau,, 1roté#er la carte réseau)solation #alvanique

;ue peut7il arri$er sur le réseau ?


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:--li"ation /rues 0 T.in%)Tan% N?;

Ghink Gank :

*u vu de l&architecture que nous avons choisi,)ma#iner tout ce que nous pouvons mettre enplace pour assurer la sécurité de l&application'

5enir compte de sécurités atérielles et

lo)icielles, de l&architecture et du choix descomposants des différentes cartes électroniques'

Attention : nous sommes dans un cas oU en cas de collision, de survol de Done interdite,il peut y avoir des conséquences #raves " décès de personnel par chute d&échafauda#epar exemple si la char#e est déséquilibrée soudainement , collision de la char#e avec untrain si on survole une voie ferré, chute de char#e pendant le survol d&une cour d&école9'


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"a Sécurité : ne $ue de points D prendre en copte,;

apteurs : /lisseent des capteurs rupture écani(ue rupture de cL,les inforationaltérée<

olutions : !oubler les capteurs, comparer les "aleurs entre eux, "érifier en d#nami$ue les

écarts de "aleurs soudaines, détecter les ruptures de c%bles, "érifier la cohérence des

données&

Actionneurs : l#info n#est pas rela!ée la carte Sortie n#est plus disponi,le rupture de la

counication a$ec la carte EntréesQSorties Mise en sécurité de la )rue en cas d#incident'olutions : 'elire l(information de sortie et la comparer )relais de sécurité*, détecter la non

communication de la carte +, -ettre les sorties en sécurité en cas d(incident : piloter les

relais en coupure en cas de problème

Réseau : détecter une rupture de réseau $érifier la cohérence des $aleurs se ettre en

sécurité en cas de pro,l%e réa)ir face D un réseau fonctionnant de faon aléatoire $érifier

(ue les données sont ,ien rafraJchies (uand il le faut .c!cle de *00 s3' /érer les cas norau6

d#allua)e et d#e6tinction d#une s!st%e ad$erseolutions : .érifier la bonne prise en compte des données d(un nou"eau s#stème $ui "ient

d(/tre monté0 .érifier $ue les données sont bien rafrachies, "érifier les "aleurs limites des

données, "érifier leur é"olution temporelle0 -ettre la grue en sécurité en cas de coupure

réseau0 -ettre en sécurité la grue face 2 un s#stème ad"erse $ui "ient d(/tre coupé, rallumé ou

nou"ellement inséré0


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"a Sécurité : ne $ue de points D prendre en copte,@

arte P hard : défaut d#un coposant périphéri(ue .RAM EPROM "AS+ RG


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IN de Présentation

Patrick MONASSIER

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