Pourquoi l'Ethernet industriel est le choix définitif pour la mise en réseau des automates programmables industriels (API)
Table des matières
Cet article propose une analyse approfondie de 3 approches courantes de mise en réseau des automates programmables industriels (API) : la communication série générique traditionnelle, les bus de terrain propriétaires fermés et l’Ethernet industriel ouvert à haut débit.
Réseau PLC
À mesure que l'automatisation industrielle s'approfondit, le système autonome Automate programmable Le modèle actuel ne suffit plus à répondre aux exigences des procédures de production de l'installation.
Un réseau d'interaction stable et efficace est crucial, que ce soit pour la synchronisation des données entre automates programmables ou pour le travail conjoint entre automates programmables et systèmes hôtes (comme IHM et SCADA), et des gadgets intelligents (tels que la robotique et la régularité variable conduit).
Une solution de réseau durable est particulièrement cruciale pour les tâches à grande échelle comportant des points de contrôle dispersés et nécessitant une exploitation et une maintenance à distance.
Actuellement, les innovations en matière de réseaux d'automates programmables industriels (API) se répartissent en trois grandes catégories : celles basées sur des ports série génériques, les bus de terrain propriétaires et l'Ethernet industriel standard. Chaque stratégie s'inscrit dans un contexte historique et des cas d'application spécifiques, mais l'orientation du développement technique reste globalement claire.
1. Les limites de la communication série générique
La communication via des ports série génériques comme RS-232 ou RS-485 fut l'une des premières approches de mise en réseau. Elle relie plusieurs automates programmables industriels (API) à un système informatique hôte par l'intermédiaire du composant de communication série de l'API, fonctionnant de manière similaire à une liaison informatique.
AvantagesIl est simple à mettre en œuvre et peu coûteux, ce qui en fait une solution économique pour les systèmes de contrôle point à point ou les petits systèmes de contrôle à courte distance.
InconvénientsLes inconvénients de cette approche sont majeurs. Premièrement, son débit est faible : celui du RS-232 est généralement inférieur à 115,2 kbit/s, et bien que le RS-485 soit légèrement plus rapide, il reste largement insuffisant pour répondre aux besoins considérables de transmission d'informations du secteur actuel. Deuxièmement, sa portée est limitée, le RS-232 n'atteignant qu'une quinzaine de mètres. Enfin, sa faible résistance aux interférences et sa complexité de mise en réseau, particulièrement marquée avec l'augmentation du nombre de nœuds, rendent le réseau vulnérable aux interférences électromagnétiques en milieu industriel, nécessitant ainsi des programmes et une configuration complexes.
Par conséquent, la communication série générique est aujourd'hui principalement utilisée pour connecter des périphériques auxiliaires simples présentant de faibles exigences en matière de temps réel.
2. Barrières des fournisseurs : L'ère des bus de terrain propriétaires
Pour pallier les lacunes de la communication série, les principaux fabricants d'automates programmables, tels que Siemens et Rockwell Automation, ont introduit leurs propres protocoles de bus de terrain exclusifs, comme PROFIBUS, DeviceNet et CC-Link.
AvantagesConçus pour des environnements commerciaux spécifiques, les bus propriétaires offrent une sécurité élevée et un déterminisme en temps réel, garantissant une transmission fiable des informations en une fraction de seconde. Ils sont ainsi parfaitement adaptés aux applications de contrôle en boucle fermée exigeant une grande précision en temps réel, comme le contrôle de mouvements à grande vitesse.
InconvénientsLeurs principaux défauts résident dans leur caractère exclusif et leur coût élevé. Les protocoles de bus des différents fournisseurs sont incompatibles, engendrant une dépendance vis-à-vis du fournisseur. Dès qu'une marque d'automate programmable est choisie, les périphériques de développement ultérieurs (variateurs, composants d'E/S, etc.) doivent provenir de la même marque ou utiliser un protocole similaire. Ceci restreint non seulement le choix des utilisateurs, mais augmente aussi considérablement le coût total du système et les difficultés de maintenance. De plus, l'intégration des bus de terrain aux réseaux informatiques d'entreprise est complexe, ce qui entrave la circulation fluide des données de production vers la direction.
3. La norme du futur : l’essor de l’Ethernet industriel
Avec la convergence profonde des technologies de l'information (TI) et des technologies opérationnelles (TO), l'Ethernet industriel, basé sur la technologie Ethernet standard, a émergé. Parmi les protocoles représentatifs figurent PROFINET, EtherNet/IP et Modbus TCP. Cette innovation applique la technologie TCP/IP éprouvée aux environnements industriels, créant ainsi une plateforme de communication ouverte, à haut débit et évolutive.
Architecture du systèmeUn système Ethernet industriel typique est généralement divisé en trois couches : la couche supérieure est constituée d’une station de surveillance avec des PC ou des serveurs industriels ; la couche intermédiaire est l’infrastructure réseau, composée de commutateurs industriels et de câbles à paires torsadées ou de fibres optiques ; la couche inférieure est la station de contrôle, connectant les automates programmables. capteurset des actionneurs.
Principaux avantages
Haute vitesse et large bande passanteL'Ethernet industriel assure un transfert de données rapide de 100 Mbps, 1 Gbps, voire plus, avec la capacité de transporter différents types de données, notamment des signaux de contrôle, des informations de diagnostic et des flux vidéo.
Ouverture et interopérabilitéS’appuyant sur des critères Ethernet universellement acceptés, les appareils de différents fabricants peuvent assurer l’interopérabilité à condition de suivre exactement la même procédure Ethernet industrielle, ce qui lève les barrières des bus exclusifs.
Convergence IT/OT transparenteL'utilisation du protocole TCP/IP permet au réseau de l'atelier de production de s'intégrer nativement au réseau du siège social (systèmes ERP, MES), ce qui est fondamental pour la mise en œuvre de l'Internet industriel des objets (IIoT) et de la fabrication intelligente.
Flexibilité et évolutivitéIl prend en charge de nombreuses topologies de réseau adaptables telles que l'étoile, l'anneau et la ligne, facilitant la préparation du réseau et sa croissance future.
puissantes capacités de diagnosticElle offre une vaste gamme d'outils de diagnostic réseau permettant de localiser rapidement les points de défaillance, améliorant ainsi la maintenabilité du système.
Bien que le raccordement de périphériques série traditionnels à un réseau Ethernet puisse initialement nécessiter des convertisseurs de procédure et impliquer un certain coût matériel, les avantages durables et la compatibilité future compensent largement cet investissement initial.
Méthodes de mise en réseau fondamentales : une analyse comparative
Pour mettre plus clairement en évidence les différences entre les 3 méthodes de mise en réseau des automates programmables, le tableau suivant offre une comparaison détaillée :
| Fonctionnalité | Numéro de série générique (ex. : RS-485) | Bus de terrain propriétaire (par exemple, PROFIBUS DP) | Ethernet industriel (par exemple, PROFINET/EtherNet/IP) |
|---|---|---|---|
| Vitesse de communication | Faible (généralement < 10 Mbps) | Moyen (jusqu'à 12 Mbps) | Très élevé (100 Mbps / 1 Gbps / supérieur) |
| Distance de transmission | Moyen (Jusqu'à environ 1200 mètres) | Long (Dépend de la vitesse et du câble) | Très longue distance (100 m avec du cuivre, des dizaines de kilomètres avec de la fibre optique) |
| Ouverture | Bien | Mauvais (dépendance vis-à-vis du fournisseur) | Excellent (basé sur les normes Ethernet et TCP/IP) |
| Coût du réseautage | Faible | Haut | Moyen (Le coût du matériel continue de diminuer) |
| Capacité d'intégration informatique | Mauvais, nécessite des passerelles | Mauvais, nécessite des passerelles complexes | Intégration excellente et sans faille |
| Déterminisme en temps réel | Pauvre | Excellent | Excellent (via des technologies comme la RT/IRT) |
| Flexibilité topologique | Limité (Bus) | Limité (Bus) | Excellent (Étoile, Anneau, Ligne, etc.) |
| Applications typiques | Connexions d'appareils simples à petite échelle | Contrôle de ligne de production avec des exigences élevées en temps réel | Automatisation à l'échelle de l'usine, fabrication intelligente, applications à forte intensité de données |
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Conclusion
L'analyse montre clairement que si les technologies de bus de terrain génériques série et propriétaires ont joué un rôle important à certaines périodes historiques et dans certains contextes d'application, leurs limites sont de plus en plus évidentes dans la nouvelle révolution industrielle.
L'Ethernet industriel, grâce à son débit exceptionnel, sa visibilité, sa polyvalence et ses puissantes capacités d'intégration informatique, s'est imposé comme la solution de choix pour les réseaux d'automatisation des automates programmables. Il répond non seulement aux exigences complexes actuelles en matière de contrôle, mais ouvre également la voie à la transition des entreprises vers l'Internet industriel des objets (IIoT), l'analyse des mégadonnées et les applications cloud. Choisir l'Ethernet industriel, c'est opter pour une conception d'automatisation plus efficace, évolutive et pérenne.
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