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Un éventail qui couvre tous les besoins

- Le vaste choix de cartes reflète directement la diversité des bus de terrain et la technologie mise en oeuvre par des ordinateurs de contrôle.

La fonction minimale de la carte de communication consiste à relier un processeur à un organe terminal déporté, qu'il s'agisse d'un capteur ou d'un actionneur. A minima, la carte met en forme électriquement le signal à véhiculer pour en assurer la propagation correcte : adaptation des niveaux, transformation en signaux différentiels...

Souvent un engagement en termes de marque

Stricto sensu, cela n'implique qu'une électronique très simple. En pratique, les dispositifs actuels ne se contentent plus de cette simple fonction. Le souci de libérer autant que faire se peut le processeur principal de la tâche "subalterne" d'interprétation du/des protocole(s), ainsi que d'économiser la mémoire correspondante, a conduit les fabricants à équiper leurs cartes de microcontrôleurs ou de circuits spécialisés prenant en charge les niveaux OSI 2 et 3.

Cette intelligence supplémentaire, qui se traduit par une électronique plus touffue (processeur, mémoire, FIFOs, etc.), décharge certes le processeur d'un certain nombre d'opérations mécaniques mais, en revanche, elle peut passablement complexifier les modèles de programmation, puisque les fonctions réalisées sur la carte doivent être paramétrables au travers des pilotes fournis. Or, comme pour les bus de terrain, ces pilotes sont souvent écrits par le fabricant de la carte, ce qui signifie que l'utilisation d'une carte intelligente implique souvent aussi un engagement en termes de marque. Parfois, surtout sur les machines tournant sous Linux, le pilote manque, ce qui signifie qu'utiliser la carte est impossible sans avoir à payer un surcoût de développement logiciel. Attention également aux problèmes de compatibilité de pilotes coexistants sur la même machine.

Le serveur OPC (OLE for process control), standard d'échange entre applications dans l'environnement Windows 32 bits, est devenu à l'heure actuelle un composant quasi indispensable pour lier cartes de communication et applications. Cette norme, qui s'appuie sur le concept COM (Component Object Model), exploite l'architecture client/serveur qui permet à une application de piloter plusieurs bus simultanément. Les serveurs OPC se présentent soit sous forme de DLL (ils sont alors intégrés à l'application), soit sous forme EXE autonome. Des normes permettant l'interopérabilité et le temps réel existent : ce sont les initiatives OPC/DA et, plus récemment, dans un souci d'ouverture vers Ethernet, OPC/DX.

Choisir son bus côté PC

De l'autre côté de la carte, on trouve le plus souvent un bus de type informatique : PC/104, PCI, ISA, VME, Compact PCI (cPCI).

Ce dernier type de bus a spécialement été développé pour prendre place dans des PC industriels. Il répond à des exigences sévères, en particulier en termes de disponibilité. Il supporte la fonction de hotswap qui permet, entre autres, de remplacer une carte défectueuse sans avoir à arrêter le système. Pour le reste, il ressemble à PCI, le bus classique des PC et autres ordinateurs modernes : bus multiplexé à 33 ou 66 MHz, autoconfigurable. Initialement populaire dans le domaine des télécommunications, il prend de plus en plus de place dans celui des automatismes. ISA est le prédécesseur de PCI, dont l'usage est aujourd'hui anecdotique sauf pour des questions de compatibilité. VME est l'un des premiers bus industriels à avoir existé, développé à l'époque par Motorola pour son processeur 68000 (il en reprend d'ailleurs les principaux signaux et cadencement) ; malgré son ancienneté, sa rusticité et sa simplicité assurent sa longévité : son débit limité paraît néanmoins suffisant pour la gestion de signaux d'entrées/sorties (E/S). Enfin PC/104 est un type d'interface ISA adaptée aux cartes de faibles dimensions ; son utilisation se justifie dans le cas de cartes de contrôle décentralisées au plus près des machines.

Sur quels critères fonder le choix d'une carte de communication ? Tout d'abord, la performance de la carte : nombre d'E/S, prise en charge de couches protocolaires au-delà du niveau 2, temps de mise à disposition des E/S dans les registres accessibles depuis le processeur de contrôle (déterminisme). Il faut aussi faire attention à la complexité de la carte : installer une carte autoconfigurable exigera moins de temps qu'une carte à configuration manuelle, pour laquelle la présence d'un technicien spécialisé sera souvent requise. Cependant, une carte "personnalisable" permettra un fonctionnement plus optimal qu'une carte plug and play. Autre critère important, les fonctions supplémentaires éventuellement présentes : passerelle multiréseau, options multiprotocoles, présence d'un port V.24...

Facilité de diagnostic

Si l'aspect matériel est important, l'aspect logiciel ne l'est pas moins, puisqu'il est illusoire de vouloir faire fonctionner une carte sans le pilote adapté, à moins de posséder une équipe de programmateurs système aguerris (dans ce cas, on fera attention à la présence de librairies de développement). Il faut donc s'assurer qu'au minimum, un pilote existe pour le système choisi : Windows, Wind River, QNX, Linux... Sur Windows, on exigera de plus la présence d'un module OPC permettant l'abstraction du bus dans un modèle objet standard.

Enfin, la facilité de diagnostic et de monitoring de la carte est également très importante : savoir facilement répondre à la question : « Où se trouve la panne ? », demeure à l'heure actuelle l'un des principaux points faibles des bus de terrain. C'est pourquoi toute fonction incluse (par exemple, interroger automatiquement toutes les E/S, pouvoir tracer une route ou bien encore visualiser le réseau automatiquement) est précieuse et permet de gagner du temps.

DEUX TOPOLOGIES POUR LES BUS DE TERRAIN

- Deux topologies existent en termes de bus de terrain : la première, la plus simple, connecte directement le PC de contrôle aux dispositifs embarqués via la carte de communication. Dans ce cas, le processeur central prend en charge à la fois l'acquisition périodique des entrées, l'exécution de la régulation et le pilotage des sorties. Pour cela, des mémoires de type double port stockent en temps réel l'image des états des entrées/sorties. Des temps de réponse plus ou moins rapides Cette solution présente des avantages en termes de temps de réponse, cependant, il est indispensable de veiller au dimensionnement correct de la puissance du processeur (évaluer si le temps moyen d'exécution du programme de contrôle et du système d'exploitation reste sensiblement inférieur au temps d'échantillonnage des signaux). Dans l'autre configuration, c'est un automate intermédiaire qui est chargé de l'échantillonnage. Le PC reçoit alors des messages synthétiques : la puissance demandée diminue, mais le temps de réponse augmente.

LES QUESTIONS À SE POSER

- Faut-il une carte intelligente ou bien le PC se charge-t-il du protocole ? - Existe-t-il un pilote pour mon OS. Est-il compatible avec des systèmes d'exploitation classiques couramment adoptés ?

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