Ethernet, développé dans les années 70, est devenu au cours des 20 années qui ont suivi le standard de communication en informatique. Avec un grand nombre de dérivés et de protocoles reposant sur Ethernet, il est aujourd'hui impensable d'envisager de le supprimer de l'infrastructure informatique moderne en bureautique.

Depuis une dizaine d'années, Ethernet est utilisé, avec un succès croissant, dans les applications industrielles mais aussi dans les techniques de mesure. Quelles sont les raisons à cela?

Ethernet est-il réellement approprié aux conditions exigées en production ?

La communication dans les applications industrielles doit souvent répondre à des exigences qui sont en revanche sans importance en bureautique: temps réel et déterminisme sont ici les mots-clés décisifs.

Un e-mail ou une tâche d'impression ayant un retard d'une demi-seconde est à peine remarqué dans un bureau et ne pose aucun problème. En revanche, dans le cas d'une commande de machines industrielles, un tel retard est souvent inacceptable. Dans ce domaine, il doit toujours y avoir une réaction dans un temps prédéfini. C'est pourquoi les systèmes de communication les plus utilisés dans les applications industrielles sont les bus de terrain, comme Profibus, CAN etc., qui garantissent une telle réaction en temps réel.

Différents niveaux de systèmes de communication

Dans les applications industrielles, les systèmes de communication se scindent en différents niveaux :

  • Niveau d’exécution
  • Niveau de commande
  • Niveau décisionnel

Il est souvent demandé aux installations modernes d'assurer une communication continue depuis le niveau décisionnel où se trouvent par exemple des systèmes ERP jusqu'au niveau d'exécution avec les capteurs et actionneurs

Au niveau décisionnel, la communication par Ethernet va de soi. C'est pourquoi on tend à développer la communication par Ethernet également au sein des niveaux inférieurs. Depuis une dizaine d'années, on observe donc diverses approches et solutions telles que la prise en charge du temps réel, souvent demandée pour la commande de machines et d'installations et qui peut également garantir la communication par Ethernet.

Solutions en temps réel pour Ethernet

Le terme « Industrial Ethernet » englobe aujourd'hui un grand nombre de solutions, par ex. Ethercat, Profinet, Ethernet/IP, etc., qui prennent également en charge le temps réel pour la communication via Ethernet. La plupart de ces systèmes différents sont supportés par des groupes d'utilisateurs derrière lesquels se cachent de grands fournisseurs du secteur de l'automatisation industrielle.

En revanche, le développement de systèmes différents, qui ne sont généralement pas compatibles les uns avec les autres, ne permet pas d'obtenir des composants aisément interchangeables et fonctionnant les uns avec les autres, comme c'est le cas en bureautique. 

 

De plus grandes quantités de données peuvent être facilement transférées

Outre la communication « continue » depuis le niveau décisionnel jusqu'au niveau d'exécution, Industrial Ethernet offre encore d'autres avantages : il s'agit avant tout de la très grande bande passante comparée aux systèmes de bus de terrain conventionnels qui permet de transmettre à grande vitesse de grandes quantités de données.

Un système homogène offre également de grands avantages en termes de maintenance, de sauvegarde de données et d'ingénierie, ces opérations étant généralement moins compliquées et donc moins coûteuses.Un système disposant d'interfaces de communication ouvertes peut en outre être adapté pour des applications futures. Il est souvent possible d'étendre le système sans avoir à effectuer beaucoup d'opérations sur le matériel.

Différences entre Ethernet industriel et Ethernet « normal »

Ethernet industriel n'est pas identique à Ethernet « normal ». Quelles sont les différences entre les deux technologies ?

Les diverses solutions existant pour l'Ethernet compatible avec le temps réel mettent en œuvre des protocoles, des composants et des topologies qui sont parfois très différents de l'Ethernet classique. Pour les composants devant être utilisés dans l'environnement industriel, par ex. un switch, le mode de fonctionnement différent en raison de la compatibilité temps réel n'est toutefois pas le seul critère décisif.

Il faut également que les composants supportent les autres conditions ambiantes régnant par ex. sur le site de production. Les composants doivent être suffisamment résistants pour les sollicitations parfois considérables que représentent la poussière et l'humidité, les températures élevées ainsi que les chocs et les vibrations.

Le développement d'Industrial Ethernet a également des répercussions sur la technique de mesure. De nombreux domaines de la technique de mesure se sont basés sur les développements du secteur informatique. Dans ce qu'on appelle la technique de mesure PC, les amplificateurs de mesure sont directement reliés à un PC sur lequel sont effectués le pilotage de la mesure, l'enregistrement des données et le traitement subséquent. Les systèmes de bus correspondants reposent donc très souvent sur la technologie des PC. Si, auparavant, on utilisait principalement le bus PCI interne ainsi que des interfaces série, l'USB et l'Ethernet se sont imposés au cours de ces dernières années.

Les principaux avantages sont ici l'emploi d'interfaces PC standardisées offrant la fonctionnalité Plug & Play. Contrairement à la technique d'automatisation, on fait souvent appel à des PC standards qui sont aujourd'hui quasiment tous équipés d'un port Ethernet et d'un port USB. Les modèles d'amplificateurs plus simples peuvent en outre être alimentés en tension via un port USB : il n'est donc pas nécessaire de disposer d'une alimentation externe. Les tâches de mesure plus complexes, par exemple dans des bancs d'essai, génèrent souvent de très grandes quantités de données. La communication par Ethernet avec sa grande bande passante et sa vitesse élevée peut alors s'avérer très utile.

Ethernet Industriel et Technique de mesure dans l'industrie

Ethernet permet des raccordements rapides

Dans les process de fabrication industriels également dans les machines et installations, on trouve souvent une technique de mesure. Le spectre est très large et va des signaux simples détectés à faible fréquence, par ex. une valeur de température évoluant lentement, jusqu'aux données de mesure complexes devant être mesurées simultanément à haute fréquence.

Pour les applications dans lesquelles la mesure génère de très grandes quantités de données, il est très utile d'avoir une connexion rapide, telle que proposée par Ethernet. Si la technique de mesure utilisée doit être intégrée dans une architecture de commande de niveau supérieur, reposant sur un API par exemple, le matériel employé doit offrir les possibilités de communication correspondantes.

Pour les applications générant de grandes quantités de données et nécessitant en même temps le temps réel, on recommande les solutions se basant sur Industrial Ethernet. Depuis quelque temps, les fabricants de composants et de systèmes de mesure proposent donc également des interfaces vers diverses solutions Industrial Ethernet. La tendance générale observée est que les systèmes de mesure classiques se différencient de plus en plus des solutions d'automatisation.

Les systèmes de mesure assurent les tâches d'automation

Ainsi, les systèmes de mesure industriels modernes sont tout à fait en mesure d'exécuter des tâches d'automatisation. Outre la commande des séquences de mesure à proprement parler, de tels systèmes modernes permettent également de piloter les machines. Industrial Ethernet offre également de nouvelles possibilités dans les domaines de la maintenance et de l'utilisation à distance. De nombreux systèmes de mesure peuvent être commandés via un navigateur web standard. Les données mesurées peuvent alors être représentées via Internet sans quasiment aucune restriction.

 

En conclusion:

Des données toujours plus nombreuses et le besoin d'une communication continue sur tous les niveaux conduisent à une utilisation toujours plus répandue de l'Ethernet dans les applications d'automatisation industrielles. Au cours des dernières années, de nombreux systèmes et solutions garantissant la prise en charge du temps réel sont apparus sur le marché. Dans le domaine de la technique de mesure également, la connexion de composants de mesure via Industrial Ethernet est de plus en plus utilisée. Les systèmes de mesure modernes se chargent également de plus en plus de tâches d'automatisation.

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