Protocoles Industrial Ethernet

L’Ethernet est un standard de communication très répandu qui permet de transmettre rapidement de grandes quantités de données entre les appareils. Sans Ethernet, la communication ne serait pas possible dans notre monde d’aujourd’hui, car la plupart des appareils en réseau utilisent le standard Ethernet.

Avec Ethernet, comme avec d’autres technologies d’interface, les données sont transmises sous forme de variations de tension électrique ou de signaux lumineux par fibre optique ou par ondes radio pour le WiFi.

L’Ethernet est extrêmement flexible et peut être utilisé dans une multitude d’environnements, des réseaux domestiques aux grands réseaux d’entreprise. Mais l’automatisation industrielle, autrefois dominée par les bus de terrain, a aujourd’hui également évolué vers l’Ethernet.

L’Ethernet a été standardisé dès 1983 selon la norme IEEE 802.3 en définissant les couches une et deux des sept couches du modèle OSI. Pour parler simplement : la couche un (Physical Layer) veille à ce que les bits et les octets parviennent d’un point A à un point B. Les câbles réseau et à fibre optique ainsi que les cartes réseau font, par exemple, partie de cette couche. La couche deux (Data Link) garantit une transmission fiable et sans erreur des blocs de données entre les deux appareils qui sont reliés par la couche un. Les commutateurs et l’adresse MAC, par exemple, font partie de cette couche. Tous les autres éléments, comme les protocoles utilisés, se trouvent dans les couches supérieures trois à sept du modèle OSI et ne sont pas spécifiés dans la norme IEEE 802.3 pour Ethernet.

L’Ethernet et l’Industrial Ethernet sont fondamentalement la même chose. Ce qui les distingue c’est que pour l’Industrial Ethernet, on utilise des composants plus robustes qui répondent aux besoins de l’industrie. Par exemple, ces composants doivent résister à des températures extrêmes, à l’humidité, aux vibrations et aux perturbations électromagnétiques. Le fonctionnement physique de base reste le même. Il est donc possible d’utiliser des composants Industrial Ethernet dans des réseaux Ethernet « normaux ».

Un exemple simple de la différence entre les composants Ethernet et Industrial Ethernet est leurs connecteurs. Pour l’Ethernet, on utilise généralement un connecteur RJ45. Celui-ci est parfaitement adapté aux applications domestiques et de bureau, mais ne convient pas à des environnements industriels difficiles. C’est pourquoi l’Industrial Ethernet utilise un connecteur M12 à codage D qui, en plus de sa résistance mécanique nettement plus élevée, peut présenter un indice de protection allant jusqu’à IP69K.

Dès qu’un appareil doit fournir et transmettre des données, une interface est nécessaire pour la transmission de données. Les appareils qui génèrent de grandes quantités de données ou qui nécessitent des vitesses de transmission de données élevées misent aujourd’hui sur l’interface Ethernet.
L’interface IO-Link s’est imposée sur le marché comme une interface supplémentaire pour la transmission de données pour les appareils plus petits ou plus sensibles aux coûts. S’il s’agit d’échanger uniquement des informations simples, il est également possible d’utiliser une interface E/S numérique ou analogique.

Quels sont les défis particuliers que l’industrie pose à la communication Ethernet ?

Contrairement à l’échange de données de la réalité quotidienne au bureau, où de très grandes quantités de données sont parfois envoyées et reçues, mais où la perte de paquets ou un retard dans l’envoi/la réception de ces données est possible (par ex. lorsqu’un e-mail est livré avec un court retard ou qu’une page Web doit être rechargée), dans un environnement industriel cela n’est pas suffisant. Si les états ou les données de mesure collectés sont transmis trop tard ou de manière peu fiable à la commande, l’état/la valeur mesurée actuel(le) dans la machine ne correspondra déjà plus à l’état/la valeur mesurée détecté(e) et une régulation s’effectuera avec des données obsolètes.

Quelle est la solution pour les environnements industriels ?

Pour pouvoir utiliser l’Ethernet dans un environnement industriel, il faut une communication déterministe. Cela n’est pas possible avec le protocole TCP/IP généralement utilisé, car les réseaux peuvent présenter des variations temporelles imprévisibles lors de la transmission de données en raison de retards, gigue, différence de bande passante et pertes de paquets. Pour faire face à ce problème, des protocoles Industrial Ethernet ont été spécialement conçus à cet effet. Ceux-ci se caractérisent par des périodes de latence courtes, une communication cyclique et des réactions déterministes.

Qu’est-ce que le déterminisme ?

Dans un réseau Ethernet, le déterminisme est la prévisibilité et la cohérence des délais et des conditions de transmission des données, ce qui signifie que les paquets de données sont reçus ou envoyés à des intervalles prévisibles et que leur livraison est toujours garantie.

À quoi servent les protocoles Industrial Ethernet ?

Ils permettent une communication cyclique et acyclique, un fonctionnement en temps réel, une priorisation du trafic de données et plus de robustesse pour répondre aux besoins des usines et des systèmes d’automatisation. Le protocole permet en outre de définir avec précision la structure d’une trame de données et sa signification. Tandis que les liaisons traditionnelles TCP/IP sont axées sur les exigences générales en matière de réseau et utilisent des transmission de données asynchrones et irréguliers, les protocoles Industrial Ethernet offrent une structure standardisée pour la transmission de données, dans laquelle la structure des données dans un paquet de données est définie avec précision. Cela permet aux utilisateurs d’accéder facilement à différents types de données telles que les données de paramétrage, les données de diagnostic et les données d’entrée/sortie, sans avoir à se soucier du rassemblement compliqué des paquets de données ou des mécanismes de surveillance complexes. Sans cette spécification, les utilisateurs de systèmes automatisés devraient effectuer ces processus manuellement et individuellement au niveau des bits et des octets pour chaque appareil, ce qui prendrait beaucoup de temps et serait une source d’erreurs.

Bien que tous les protocoles Industrial Ethernet soient basés sur l’Ethernet, ils ne sont pas compatibles entre eux. Un appareil PROFINET ne peut donc pas être utilisé dans un réseau EtherCAT, par exemple.

Qu’est-ce qu’une passerelle ?

Une passerelle sert de « traducteur » externe permettant la communication entre des appareils qui utilisent des protocoles ou des normes de communication différents.

Avec la série de produits MA 200, Leuze propose une passerelle de RS 232 vers tous les protocoles Industrial Ethernet courants (PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT), Ethernet TCP/IP, ainsi que les bus de terrain (PROFIBUS DP, DeviceNet, CANopen).

« PROFINET » est l’un des protocoles Industrial Ethernet les plus utilisés dans le monde. Les commandes de Siemens utilisent le protocole Industrial Ethernet « PROFINET ». Tous les capteurs avec protocole Industrial Ethernet de Leuze ont déjà intégré cette interface dans l’appareil par « integrated connectivity » et sont reconnaissables à la désignation du produit x48i. Une passerelle supplémentaire n’est pas nécessaire.

Les commandes des fabricants Allen Bradley/Rockwell et Schneider Electric, entre autres, utilisent le protocole Industrial Ethernet « EtherNet/IP ». De nombreux capteurs de Leuze ont déjà intégré cette interface dans l’appareil par « integrated connectivity » et sont reconnaissables à la désignation du produit x58i. Une passerelle supplémentaire n’est pas nécessaire.

L’« EtherCAT » est le protocole Industrial Ethernet qui connaît actuellement la croissance la plus rapide. L’EtherCAT est surtout utilisé par Beckhoff, mais aussi par de nombreux autres fabricants de commandes. De nombreux capteurs de Leuze ont déjà intégré cette interface dans l’appareil par « integrated connectivity » et sont reconnaissables à la désignation du produit x38i. Une passerelle supplémentaire n’est pas nécessaire