Interconnectivité PLC : combler les silos de données pour une fabrication intelligente

Cet article examine la valeur essentielle de l'interaction inter-PLC, découvre les principales approches d'interaction, évalue les protocoles de base et leurs différences d'efficacité et, via des contrastes d'informations et une étude fonctionnelle, guide les lecteurs dans le choix et la configuration des options d'interaction idéales.

Introduction : L'inévitabilité de l'interconnectivité des automates programmables à l'ère de la fabrication intelligente

Dans le contexte actuel de mutation industrielle internationale, l’automatisation industrielle n’est plus simplement un dispositif permettant d’améliorer l’efficacité de la production ; elle est un élément essentiel pour construire des systèmes de fabrication adaptables et permettre une prise de décision basée sur les données.

En tant que « cerveau » des systèmes de contrôle industriel, le contrôleur logique programmable (Automate programmable) occupe une place cruciale. Cependant, face à l'expansion des gammes de production, à la complexité croissante des processus et à l'intégration poussée des technologies de l'Internet des objets (IoT), les systèmes PLC autonomes sont souvent défaillants.

Il existe un besoin immédiat d’établir des liens d’interaction efficaces, stables et fiables entre les automates programmables dispersés sur différentes lignes de production et responsables de tâches uniques, afin de parvenir à un partage d’informations transparent, à un fonctionnement intégré des équipements et à une optimisation internationale des processus de production.

Le modèle typique du « silo d’information » est devenu un embouteillage majeur qui entrave le développement de la production intelligente.

Par exemple, si l'automate programmable d'une ligne de conditionnement ne peut pas obtenir d'informations de fabrication en temps réel de la ligne de chargement en amont, cela entraîne des inégalités de rythme. De même, si l'automate de contrôle d'un robot ne peut pas partager les informations de défaut avec l'automate de la ligne de production principale, les temps d'arrêt sont prolongés.

Ces préoccupations soulignent l'importance cruciale de la communication inter-automates. Elle sert non seulement de passerelle pour l'échange d'informations au niveau des équipements, mais constitue également la base de la combinaison, de l'analyse et de la prise de décision des données à l'échelle de l'usine et de l'entreprise.

Interconnectivité PLC : la pierre angulaire et la valeur fondamentale de la fabrication intelligente

L'interaction entre les automates programmables s'étend bien au-delà du simple transfert d'informations, elle est la clé de voûte des systèmes d'automatisation industrielle modernes pour atteindre les valeurs fondamentales suivantes :

Partage d'informations et transparence : Les informations de fabrication en temps réel (résultats, état des outils, codes d'erreur, etc.) échangées entre différents automates programmables (API) permettent de surveiller la production et d'obtenir une vue d'ensemble détaillée du fonctionnement de l'usine. Ces informations constituent la base de l'analyse de données à grande échelle et de l'anticipation de la maintenance, contribuant ainsi à réduire les temps d'arrêt imprévus et à améliorer le taux de rendement global des équipements (TRG).

Opération collaborative et optimisation des processus : Grâce à l'interaction, plusieurs automates programmables peuvent réaliser ensemble des tâches de fabrication complexes. Par exemple, sur une chaîne de montage automatisée, l'alimentation, la manutention, l'inspection et le conditionnement des produits peuvent être régulés par différents automates. La synchronisation des données entre eux garantit un flux de production fluide et efficace.

Gestion centralisée et contrôle à distance : La communication inter-automates permet aux salles de contrôle principales ou aux systèmes de gestion (tels que SCADA, MES) de contrôler, de réajuster les paramètres et de détecter à distance plusieurs automates de manière centralisée. Cela améliore considérablement la maintenabilité et l'évolutivité du système, tout en minimisant les coûts de fonctionnement et de maintenance.

Fabrication adaptable et réponse rapide : Face à l'évolution rapide des besoins du marché, les installations de fabrication contemporaines nécessitent des capacités de production agiles. L'interconnectivité des automates programmables (API) optimise la reconfiguration et les ajustements des lignes de production. Grâce à la configuration à distance et au téléchargement de programmes, de nouvelles tâches de production peuvent être rapidement adaptées. L'interconnectivité des API est essentielle au développement des usines numériques, permettant une prise de décision intelligente et renforçant la compétitivité des entreprises.

Analyse approfondie et comparaison des principales méthodes de communication

Les principales techniques de communication entre les API sont la communication série, l'interaction identique et la communication Ethernet industriel. Comprendre leurs caractéristiques est essentiel pour choisir la solution idéale.

Communication série :

• Caractéristiques: Transmet les données bit par bit. Nécessite moins de lignes de transmission, ce qui est adapté aux longues distances.
• Avantages : Câblage électrique simple, prix réduit, résistance acoustique relativement meilleure.
• Limites: Vitesse de transmission relativement lente, capacité en temps réel minimale.
• Protocoles typiques : Protocoles Modbus RTU/ASCII, PPI, RS-232/RS-485 sur mesure, etc.

Communication parallèle :

• Qualités : Transmet des informations en octets ou en mots simultanément sur plusieurs lignes de données.
• Avantages: Vitesse de transmission élevée, forte capacité en temps réel.
• Limites: Câblage complexe, courte distance de transmission, prix plus élevé, sensible aux interférences.
• Applications courantes : Principalement utilisé pour les exigences de courte distance et de grande vitesse, fréquemment entre les modules PLC ou entre un PLC et des composants d'E/S à grande vitesse, beaucoup moins fréquemment utilisé comme approche courante pour la connectivité inter-PLC.

Communication Ethernet industrielle :

• Attributs : Basé sur la technologie Ethernet standard, mais optimisé pour une efficacité optimale en temps réel dans les environnements industriels. Utilise la suite de protocoles TCP/IP, prenant en charge différentes configurations de réseau, telles que les réseaux en étoile, en bus et en anneau.
• Avantages: Haut débit (100 Mbps/Gbps), grande capacité d'information, grande flexibilité du réseau, prend en charge plusieurs maîtres et serviteurs, combinaison simple avec les réseaux informatiques et excellente évolutivité.
• Limites: Investissement initial relativement plus élevé, arrangement plus complexe.

Guide d'évaluation et de sélection des protocoles de communication grand public

Les procédures d'interaction constituent le « langage » de l'échange d'informations. Elles spécifient le style, le timing et les dispositifs de gestion des erreurs pour la transmission des informations. Dans les interactions entre automates programmables, le choix de la procédure idéale est essentiel à la configuration du système.

Protocole Modbus

• Introduction: Modbus est un protocole de communication série durable, ouvert et largement adopté, prenant en charge des interfaces utilisateur physiques telles que RS-232 et RS-485. Il a également évolué vers Modbus TCP, basé sur Ethernet.
• Caractéristiques: Cadre de procédures simple, facile à appliquer et à déboguer. Prise en charge du mode maître-esclave, où un maître peut gérer plusieurs serviteurs. Types d'informations riches, comprenant des bobines et des registres.
• Applications : Couramment utilisé pour l'interaction entre différentes marques d'automates, ou entre des automates et des outils, capteurs, IHM, en particulier dans des situations avec des besoins en temps réel moins rigoureux ou comme interface à usage général.

Protocole PPI (interface point à point)

• Aperçu: PPI est un protocole de communication série exclusif aux automates Siemens de la série S7-200, basé sur la couche physique RS-485.
• Qualités : Spécifique aux automates Siemens de la série S7-200, principalement utilisé pour le téléchargement de programmes avec des logiciels (Step7-Micro/Win) et la communication entre le S7-200 et les IHM. Prise en charge du mode maître-esclave.
• Applications : Limité aux automates Siemens de la série S7-200. Dans les séries S7-1200/1500 actuelles, il a été largement supplanté par l'interaction PROFINET/Ethernet.

Protocole PROFINET

• Résumé: PROFINET est une procédure de communication d'automatisation industrielle développée par PROFIBUS & PROFINET International (PI), basée sur Ethernet de base.
• Caractéristiques: Capacité en temps réel à haut débit et puissante (prenant en charge IR_T et divers autres cours en temps réel), prend en charge des topologies de réseau adaptables (ligne, étoile, anneau), intègre des performances d'analyse et favorise une gestion des outils et une organisation de conception faciles.
• Applications : Largement adopté par de nombreuses marques d'automates programmables, telles que Siemens et Beckhoff, il constitue le choix privilégié pour les lignes de production complexes, à grande vitesse et critiques en temps réel (par exemple, dans l'industrie automobile et les machines d'emballage).

Protocole EtherNet/IP

• Aperçu: EtherNet/IP (Ethernet Industrial Protocol) est un protocole industriel développé par l'ODVA (Open DeviceNet Vendors Association), également basé sur la norme Ethernet.
• Caractéristiques: Utilise le protocole industriel commun (CIP) pour unifier les fonctionnalités de contrôle, de sécurité, de configuration et de diagnostic. Prend en charge la messagerie explicite et implicite pour un échange de données flexible et un contrôle temps réel hautes performances.
• Applications : Largement utilisé avec Rockwell Automation Automates programmables Allen-Bradley et de nombreux autres appareils conformes à la norme CIP. Dominant sur le marché nord-américain.