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Réseau CANApplication GRUES

Un exemple d'application

Patrick MONASSIERUniversité Lyon 1 France

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D'OU CA VIENT ?Il convient de rappeler l'existence d'un décret daté du 23 août 1947 qui définit les précautions à observer par les utilisateurs de grues de chantiers.

Dans les années 1970/1980 certains chantiers comme les chantiers de construction de centrales nucléaires sur lesquels on dénombre souvent 30 grues et plus enregistrent des accidents graves voire mortels.

Historique

Au début des années 80 apparaissent les premiers dispositifs d'aide à la conduite, essentiellement basés sur de l'électronique analogique.

Le 07/07/1987, en France une circulaire du ministère des affaires sociales et de l’emploi pose les conditions générales d'utilisation des grues à tour dont les zones d'actions se recoupent.

C'est à la fin des années 80, suite aux progrès importants réalisés en électronique numérique qu'apparaissent les premiers systèmes à microprocesseurs qui permettront l'essor des systèmes ANTI-COLLISION.

Les progrès techniques accomplis et l'expérience acquise depuis la circulaire de 07/87 entraînent le législateur à publier la note technique du 06061991qui apporte les précisions nécessaires ou indispensables pour tous.

3

Les riques d'accidents - collisions - survols de zones

4

TRANSLATION

DISTRIBUTION

ORIENTATION

GRUES - Les Mouvements

5

TRANSLATION

DISTRIBUTION

ORIENTATION

Réseau interne

Réseau inter-grues

Système

Capteurs

Actionneurs

Légende

GRUES - Implantation du système

6

GRUES - Interférences et survol de zone

7

GRUES - Réseau Inter-grues

1

8

4

3

liaison Radio

Fil

Jusqu’à 16 grues,numérotées de 1 à 16....Longueur réseau fil: 2000 mètres maxi

8

GRUES - Cycle de traitement

Lecture des capteurs dela gruelocale

Traitements Pilotage desactionneursde la gruelocale

Temps d’attente

Temps de cycle : 300 ms

Position desautres grues

(Réseau Inter-grues)

9

GRUES - Cycle de traitement GRUES - Cycle général - La trame d’informations

Temps de cycle : 300 ms

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Temps de cycle divisé par 16 : 300ms / 16 = 18,75 ms

- Orientation:......12 bits- Distribution:..... 12 bits- Translation:..... 12 bits

1 2 3 4 5 octetsInformations à transmettre:

- N° de la grue:.. 4 bits

attente

10

- Orientation:......12 bits- Distribution:..... 12 bits- Translation:..... 12 bits

1 2 3 4 5 Informations à transmettre:

- N° de la grue:.. 4 bits

Début de trame

Identifieur Commande C.R.C. Fin de trame Données

Espace intertrame

18,75 ms maximum

GRUES - Exemple de trame Réseau CAN

11

Début de trame

Identifieur Commande C.R.C. Fin de trame Données

Espace intertrame

1 12 6 40 15 10 3 bits de données

47 bits

18,75 ms maximum imposé

18.75ms / 87 bits = 0.21ms par bit => 1 / 0.21ms = 4,64Kb/s

à 20 Kbits / s => facteur 4

GRUES - Vitesse de transmission

12

10 100 1000 10 000 mètres

1600

1000

100

10

5

Débit Kbits / s

Longueur du réseau (mètres)

Valeur maximale du protocole CAN

20 Kbit / s

4000 m

GRUES - Distances en fonction de la vitesse de transmission (réseau CAN)

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GRUES - Différentes options pour le réseau InterGrues

Protocole constructeur: Support filaire RS485 à 9,6 Kb/s - Protocole et trames constructeur

Protocole FIP: Support filaire à 1Mb/s - Protocole FIP simplifié - Trames FIP

Protocole CAN: Support filaire à 20 Kb/s - Protocole et trames CAN

N° Grue 4 bits Données 40 bits C.R.C. 8 bits

52 bits

5,4 ms

100 bits

100 uS

87 bits

4,35 ms

14

GRUES - Architecture système (réseau)

DriverRS 485

Driver FIPTransformateur

Driver CAN

80C250

Controleur FIP

FIPART

Controleur CAN

82527 Intel Philips

Microprocesseur

Microprocesseur

Microprocesseur

Constructeur

FIP

Fil

Fil

Fil

Modèle ISO ..... Couche 7 Application..........Couche 2 liaison..... Couche 1 Physique

CAN

15

+5V= +5V= Isolé

2 OptoHCPL7101

Driver CAN

82C250

Controleur CAN

Intel 82527

uP

Couche 1 PhysiqueCouche 2 liaisonCouche 7 Application

Filtres

GRUES - Couche Physique liaison CAN

Exemple : Support Fil paire torsadée avec Isolation Optoélectronique

16

GRUES - Couche Physique RS485

Exemple : Support Fil paire torsadée avec Isolation Optoélectronique

+5V= +5V= Isolé

3 OptoHCPL0601

Driver RS485

MAX 1483MAXIM

Couche 1 PhysiqueCouche 7 Application & Couche 2 liaison

Filtres

Réception

Transmission

Contrôle émission

uP

17

Les capteurs et actionneurs

TRANSLATION

DISTRIBUTION

ORIENTATION

Réseau interne

Système

CapteursActionneurs

Légende

Les capteurs et actionneurssont reliés au système parle réseau CAN

- 3 capteurs de position- Commande des relais de coupure- Tableau de bord- Homme mort- Shunt

18

Les capteurs et actionneurs

Tableau de bord

homme mort

Relais de coupure

capteurs

TranslationRecalage Translation

DistributionOrientation

SYSTEME

microcontroleur

microcontroleur

Feux

Terminal de programmationliaison temporaire (à la calibration)

19

Les capteurs et actionneurs - La sécurité

On ne peut pas mélanger les réseaux internes grues et inter-grues pour les raisons

suivantes: fonctions différentes, support physique incertain..

Sur le réseau interne, on a des capteurs simples (positions, homme mort),

un actionneur simple (feux), des actionneurs intelligents: carte relais (qui renvoie un

acquittement de bon positionnement par relecture des relais de sécurité) et tableau de

bord, un calculateur à connexion temporaire (calibration).

En cas de détection d’erreur réseau, les actionneurs peuvent se mettre en sécurité

locale: coupure automatique des mouvements pour la carte relais, indications visuelle

et sonore pour le tableau de bord.

On se trouve donc dans un cas d’une intelligence répartie, où la fonction sécurité

est privilégiée. En cas d’erreurs réseau ou de problème système, la carte relais met la

grue en sécurité. Un mécanisme de watch-dog interne est intégré cette carte.

20

Architecture globale du système avec ses 2 réseaux

Système

Microprocesseur

Alimentation controleur CAN

controleur CAN

1

2

Réseau interne

Réseau inter-grues

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Architecture globale du système - aspects temporels

Lecture des capteurs dela grue locale

Pilotage desactionneursde la gruelocale

Lecture de laposition desautres grues

Temps de cycle : 300 ms

Envoi de la position gruelocale

Traitements

Réseau interne

Réseau inter-grues

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Application Grues - Trames

•Types de trames ( Pas de Remote, seulement des trames de données )–Trames de données: Positions des grues –Trames d’alarme –Trames de messages : Confguration, Information, Maintenance

•Vitesse de transmission–Fonction de la distance–Fonction du temps de cycle système–Fonction du matériel - Temps de propagation globale

•Priorités–Trames d’alarmes les plus prioritaire–Trames de positions grues en intermédiaire–Trames de messages en moins prioritaire

•Affectation des Identifieurs–Selon les priorités, liées aux types de trames.

•Timing général–Trames de données standard–Les trames d’alarme ne doivent pad gêner l’application–Les messages ne sont pas prioritaires mais doivent passer quand même

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Application Grues Groupes d’Identifieurs

0 «1 «2 Alarmes3 «4 Grue 15 Grue 26 Grue 37 Grue 48 Grue 59 Grue 610 Grue 711 Grue 812 Grue 913 Grue 1014 Grue 1115 Grue 12

16 Grue 13 17 Grue 1418 Grue 1519 Grue 1620 «21 «22 «23 «24 «25 «26 Messages27 «28 «29 «30 «31 «

On accepte de gérer 16 gruesdont 12 en interférences

Définition de 32 groupes de trames définies par desidentifieurs numérotés selonle 5 bits les plus forts.

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Application Grues Identifieurs

82527

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Messages 11010 26

Grue 12 10000 16

Grue 11 01111 15

Grue 10 01110 14

Grue 9 01101 13

Grue 8 01100 12

Grue 7 01011 11

Grue 6 01010 10

Grue 5 01001 9

Grue 4 01000 8

Grue 3 00111 7

Grue 2 00110 6

Grue 1 00101 5

Alarmes 00010 2

pooling

IR

Global Mask

11111 000000

Arbitration Groupe(5 bits H)

Définition de 32 groupesfonction des 5 bits High de l’identifier 2.0A 11 bits

82527

25

Application Grues Calculs

•1 trame de donnée composée de 87 bits (+ 15% marge) soit 100 bits

•La distance donnée est de 3.3 Km pour 20Kb/s

•A 20Kb/s une trame donne: 100 bits * 50us = 5ms

•pour 18 trames (16 données + 1 message + 1 alarme) : 5ms*18= 90ms

•Le temps de cycle est de 300ms soit 300 / 90 = 3.33 facteur multiplicatif

•La somme des retards (time bit) doit être inférieure à 300ns

–Calculs ci-dessus donnés pour support physique fil paire torsadée (5ns/m)

•Rappel pour L: L= v_prop *( ( 66% * baud rate)/2) - T_elec)

• L = 0.2 m/ns * (((0.66 * 50 000 ns ) / 2 ) - 300ns) = 3240 mètres–nota: 3280 mètres pour 100ns

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FIN de Présentation

Patrick MONASSIERUniversité Lyon 1 France